Astronomowie mierzą ilość tlenu w odległej galaktyce

Galaktyka COSMOS-1908 w centrum tego zdjęcia wykonanego za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a. Niemal każdy obiekt na tym zdjęciu to osobna galaktyka. Wiele z nich znajduje się bliżej Ziemi niż COSMOS-1908. Źródło: Ryan Sanders oraz zespół CANDELS

Astronomowie z UCLA wykonali pierwsze dokładne pomiary obfitości tlenu w odległej galaktyce. Tlen, trzeci pod względem obfitości pierwiastek chemiczny we Wszechświecie, powstaje we wnętrzach gwiazd i uwalniany jest w przestrzeń międzygwiezdną wraz ze śmiercią masywnych gwiazd. Określenie ilości tlenu stanowi klucz do zrozumienia ruchu materii w galaktykach i w ich otoczeniu.

Wyniki badań zostały opublikowane online w periodyku Astrophysical Journal Letters i opierają się na danych zebranych w Obserwatorium W. M. Kecka na Mauna Kea, na Hawajach

“To zdecydowanie najodleglejsza galaktyka, dla której udało nam się zmierzyć obfitość tlenu,” mówi Alice Shapley, profesor astronomii  z UCLA oraz współautorka badania. “Patrzymy na galaktykę, jaką ona była niemal 12 miliardów lat temu.”

Wiedza o obfitości tlenu w galaktyce znanej jako COSMOS-1908 to ważny krok na drodze do lepszego zrozumienia całej populacji słabych, odległych galaktyk obserwowanych w czasie kiedy Wszechświat miał zaledwie kilka miliardów lat.

COSMOS-1908 zawiera około 1 miliarda gwiazd. Dla porównania – nasza Droga Mleczna zawiera ok. 100 miliardów gwiazd; przy czym niektóre galaktyki we Wszechświecie składają się z dużo większej liczby gwiazd, a niektóre z dużo mniejszej. Co więcej, COSMOS-1908 zawiera zaledwie ok. 20 procent obfitości tlenu obserwowanej w Słońcu.

Zazwyczaj astronomowie do szacowania obfitości tlenu w większości odległych galaktyk wykorzystują ekstremalnie pośrednie i nieprecyzyjne techniki. Jednak w tym przypadku naukowcy z UCLA wykorzystali bezpośrednie pomiary – mówi Ryan Sanders, doktorant astronomii i główny autor badania.

Artykuł powstał dzięki wsparciu Pawła Kulczyckiego na portalu Patronite.pl. Dzięki, Pawle!

“Bliskie galaktyki są dużo jaśniejsze i w ich przypadku mamy do czynienia z bardzo dobrą metodą określania ilości tlenu,” mówi Sanders. W słabych, odległych galaktykach to zadanie staje się dużo trudniejsze. Jednak COSMOS-1908 to jeden z nielicznych przypadków, w których Sandersowi udało się zastosować “obszerną” metodę zwykle stosowaną do pobliskich galaktyk. “Miejmy nadzieję, że to tylko pierwszy przypadek z wielu,” dodaje.

“Wyniki uzyskane przez Ryana wskazują, że jesteśmy w stanie zmierzyć obfitość tlenu i porównać te obserwacje z modelami ewolucji galaktyk i historii formowania się w nich gwiazd,” dodaje Shapley.

Ilość tlenu w galaktyce określana jest przede wszystkich na podstawie trzech czynników: ilości tlenu pochodzącej z dużych gwiazd, które kończą swoje życie w gwałtownych eksplozjach supernowych – zjawisku wszechobecnym we wczesnym Wszechświecie, gdzie tempo powstawania gwiazd było dramatycznie wyższe  niż aktualnie;  ilości tlenu wywiewanej z galaktyki przez tzw. super wiatry gwiezdne, które przyspieszają tlen i inne gazy międzygwiezdne i wyrzucają je z galaktyki z prędkościami setek tysięcy kilometrów na godzinę, oraz ilości czystego gazu wpadającego do galaktyki z ośrodka międzygalaktycznego, w którym to gazie nie ma za dużo tlenu.

“Jeżeli uda nam się zmierzyć ile tlenu znajduje się w galaktyce, możemy wiele się dowiedzieć o wszystkich tych procesach,” mówi Shapley, który wraz z Sanders stara się dowiedzieć w jaki sposób powstają i ewoluują galaktyki, skąd bierze się ich struktura i w jaki sposób galaktyki wymieniają materię z otoczeniem międzygalaktycznym.

Shapley uważa, że pomiary ilości tlenu pozwolą odkryć jak istotną rolę w ewolucji galaktyk odgrywają super wiatry. “Pomiar ilości tlenu w galaktykach na przestrzeni historii Wszechświata to jedna z kluczowych metod poznawania procesów wzrostu galaktyk oraz wyrzucania przez nie materii w przestrzeń międzygalaktyczną.”

Do przeprowadzenia swoich badań badacze wykorzystali zaawansowany instrument MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer for Infra-Red Exploration) zainstalowany na teleskopie Keck I. Ten ważący 5 ton instrument został zaprojektowany do badania najodleglejszych, najsłabszych galaktyk we Wszechświecie – mówi prof. Iam McLean, profesor fizyki i astronomii na UCLA, lider projektu MOSFIRE i dyrektor Infrared Laboratory for Astrophysics na UCLA.

Źródło: UCLA