Sciencemag.cz
Doporučujeme
Když si vědci prohlédli první snímky nejstarších galaxií vesmíru pořízené Vesmírným dalekohledem Jamese Webba, byli šokováni. Mladé galaxie se zdály být příliš jasné, příliš hmotné a příliš vyvinuté na to, aby vznikly tak brzy po velkém třesku. Tento překvapivý objev dokonce přiměl některé fyziky zpochybnit standardní model kosmologie (poznámka: standardním modelem se častěji myslí ten v částicové fyzice, ale je i standardní kosmologický model) a uvažovat, zda by neměl být revidován.
Tým astrofyziků z Northwestern University (Evanston, Illinois), Massachusetts Institute of Technology a University of California v Davisu nyní pomocí nových simulací zjistil, že tyto první galaxie pravděpodobně přece jen nejsou tak hmotné. Ačkoli jasnost galaxie závisí na její hmotnosti (počtu hvězd), nová zjištění naznačují, že i méně hmotné galaxie mohou zářit stejně jasně díky nepravidelným, zářivým „výbuchům“ provázejících tvorbu hvězd. A právě v raném vesmíru měla být hvězdotvorba intenzivnější, respektive mohla probíhat v intenzivní fázi. Standardní model je tím (zřejmě? možná?) zachráněn.
Hlavní autoři studie Claude-André Faucher-Giguère a Guochao Sun (oba Northwestern University) uvádějí, že pokud je tvorba hvězd spojena se záblesky/významnou produkcí světla, galaxie mohou masivně zářit, aniž by přitom byly tak hmotné jako stejně zářivé galaxie v současném vesmíru.
Vesmírný úsvit (cosmic dawn) trval zhruba od doby 100 milionů let až po 1 miliardu let po velkém třesku. Právě v této éře vznikaly ve vesmíru první hvězdy a galaxie. Před vypuštěním Webbova dalekohledu věděli astronomové o tomto dávném období jen velmi málo.
V nové studii Sun, Faucher-Giguère a jejich tým použili pokročilé počítačové simulace k modelování vzniku galaxií těsně po velkém třesku. Simulace vytvořily galaxie, které byly stejně jasné jako ty pozorované pomocí Webbova dalekohledu. Ukázalo se, že hvězdy vznikají intenzivně, „soustředěně“. V hodně hmotných galaxiích, jako je Mléčná dráha, se hvězdy tvoří stálým tempem a jejich počet se v průběhu času postupně zvyšuje. K intenzivní tvorbě hvězd však dochází, když hvězdy vznikají naakumulovaných způsobem, střídající se rychlostí – mnoho hvězd najednou, po miliony let pak velmi málo nových hvězd a pak opět mnoho hvězd.
„Prudká tvorba hvězd je běžná zejména v galaxiích s nízkou hmotností,“ řekl Faucher-Giguère. „Podrobnosti o tom, proč k tomu dochází, jsou zatím předmětem probíhajícího výzkumu. Domníváme se však, že dochází k intenzivní fázi hvězdotvorby a o několik milionů let později tyto hvězdy explodují jako supernovy. Plyn je vyvržen ven a pak se vrací zpět, aby vytvořil nové hvězdy, což pohání cyklus vzniku hvězd. Ale když jsou galaxie dostatečně hmotné, mají mnohem silnější gravitaci. Výbuchy supernov nejsou dostatečně silné na to, aby vyvrhly plyn ze systému. Gravitace drží galaxii pohromadě a přivádí ji do ustáleného stavu s víceméně konstantní rychlostí hvězdotvorby.“
„Většina světla v galaxii pochází z nejhmotnějších hvězd,“ uzavírá průvodní tisková zpráva. „Protože hmotnější hvězdy hoří vyšší rychlostí, žijí kratší dobu. Rychle spotřebovávají své palivo v jaderných reakcích. Jasnost galaxie tedy přímo souvisí spíše s tím, kolik hvězd se v ní za posledních několik milionů let vytvořilo, než s hmotností galaxie jako celku.“
Guochao Sun et al, Bursty star formation naturally explains the abundance of bright galaxies at cosmic dawn, The Astrophysical Journal Letters (2023). On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2307.15305
Zdroj: Northwestern University / Phys.org
