Jak ujawnia JWST – Physics World, we wczesnym wszechświecie istniało dużo tlenu

Korzystając z najnowocześniejszego spektrografu na Teleskopie Kosmicznym Jamesa Webba (JWST), astronomowie znaleźli dowody na to, że w wielu starożytnych galaktykach tlenu międzygwiazdowego było znacznie więcej, niż wcześniej sądzono. Prowadzone przez Kimihiko Nakajima zespół z Narodowego Obserwatorium Astronomicznego w Japonii ma nadzieję, że ich obserwacje poszerzą naszą wiedzę na temat wczesnego Wszechświata.

Wielki Wybuch stworzył wczesny wszechświat składający się z wodoru i helu z niewielką ilością litu – a materia ta połączyła się, tworząc pierwsze gwiazdy i galaktyki. Cięższe pierwiastki, takie jak tlen, powstały następnie w wyniku syntezy jądrowej w jądrach tych gwiazd. Gdy gwiazdy eksplodowały jako supernowe, ciężkie pierwiastki zostały rozproszone po całych galaktykach, na zawsze zmieniając skład chemiczny kosmosu.

„metaliczność fazy gazowej” to parametr obserwacyjny opisujący liczebność tych cięższych pierwiastków w galaktykach (astronomowie używają terminu metal w odniesieniu do wszystkich pierwiastków cięższych od helu). Jego wartość jest kluczowa dla zrozumienia historii ewolucji galaktyki, a także przewidywania, kiedy mogą zacząć się pojawiać złożone cząsteczki – możliwe elementy składowe życia.

Niezawodny miernik

Wiarygodnym miernikiem metaliczności fazy gazowej galaktyki jest obfitość zjonizowanego tlenu w jej ośrodku międzygwiazdowym. Obfitość tę można określić obserwując charakterystyczne światło emitowane przez tlen. Jednak to podejście ma swoje ograniczenia w przypadku obserwacji bardzo wczesnego Wszechświata.

„Poprzednie obserwacje ujawniły już obecność obfitego tlenu w galaktykach około dwa miliardy lat po Wielkim Wybuchu” – wyjaśnia Nakajima. „Jednak na światło galaktyk, które istniały jeszcze dalej w czasie, ekspansja Wszechświata znacząco wpływa, powodując jego przesunięcie do zakresu bliskiej podczerwieni”.

Teraz Nakajima i współpracownicy zaobserwowali to przesunięte ku czerwieni światło za pomocą JWST Spektrograf bliskiej podczerwieni (NIRSpec) – co umożliwiło im dokonanie przełomu w pomiarach metaliczności fazy gazowej w starożytnych galaktykach.

Przełomowe obserwacje

„Zidentyfikowaliśmy 138 starożytnych galaktyk, które istniały ponad 12 miliardów lat temu i określiliśmy zawartość tlenu w nich, co jest poziomem analizy prawie niemożliwym przed wystrzeleniem JWST” – zachwyca się Nakajima. „Opracowaliśmy i rygorystycznie zastosowaliśmy zaawansowane techniki analizy danych NIRSpec, przeprowadzając analizy na skalę kilkakrotnie większą niż wcześniejsze badania”.

Spektrometr JWST poprawia przesunięcia ku czerwieni odległych galaktyk

Wyniki pokazują, że we wszystkich, z wyjątkiem kilku najstarszych galaktyk obserwowanych przez NIRSpec, skład ośrodka międzygwiazdowego był niezwykle znajomy. „Większość galaktyk miała obfitość tlenu podobną do współczesnych galaktyk” – mówi Nakajima. Jednak sześć z najstarszych galaktyk, które istniały, gdy Wszechświat miał zaledwie 500–700 milionów lat, zawierało znacznie mniej tlenu niż współczesne galaktyki.

Dzięki temu odkryciu zespół mógł dokładniej określić, kiedy skład pierwiastkowy Wszechświata zaczął się zmieniać. „Wyniki pokazują szybki i dramatyczny wzrost obfitości tlenu w galaktykach w ciągu pierwszych 500–700 milionów lat po narodzinach Wszechświata” – mówi Nakajima. „To odkrycie może sugerować, że skoro niezbędne składniki, takie jak tlen, były już łatwo dostępne we wczesnym wszechświecie, życie mogło pojawić się wcześniej, niż wcześniej sądzono”.

Zespół spekuluje, że ta nagła zmiana mogła być spowodowana różnicami w naturze powstawania gwiazd we wczesnym Wszechświecie, a także przepływem materii do i z galaktyk. Dzięki dalszym obserwacjom za pomocą NIRSpec, w połączeniu z bardziej dogłębnymi obliczeniami statystycznymi, w przyszłych pracach będą teraz dążyć do zbudowania solidniejszej teorii.

Obserwacje są opisane w Seria suplementów do czasopism astrofizycznych.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/lots-of-oxygen-existed-in-the-early-universe-jwst-reveals/