Астрономите са по-близо от всякога до важно разкритие

Астрономите са по-близо от всякога до разкриването на истината как най-големите галактики в Космоса са се разраснали толкова бързо, преди да „умрат”. Защо галактиките умират е въпрос, който продължава да озадачава учените.

От Джонатан O’Калахан

Образуването на галактики във Вселената би трябвало да следва сравнително прост път. Той започва с малки галактики, които с времето нарастват все повече и повече, докато се превърнат в гигантските галактики, които виждаме в съвременната Вселена, като нашия Млечен път. Лесно изглежда, нали?

Това обаче не се отнася за особен клас елиптични галактики — огромни сферични струпвания на звезди без ясна структура. С помощта на финансиране от Съюза изследователи са се заели да открият произхода на тези галактики и да разкрият още загадки на Вселената.

За да направят това, те пътуват назад във времето, като използват мощни телескопи, способни да проследяват светлината до отдалечени кътчета на Вселената. Това позволява на учените да наблюдават галактиките такива, каквито са изглеждали в миналото, дори преди милиарди години.

„Галактиките са знамената на Вселената. Те са източникът на всичко”, казва Суне Тофт, космолог в института „Нилс Бор” в Дания. „Единственият начин да проумеем началото на Вселената и откъде идваме, е да разберем в детайли сценариите на формирането им”.

Невероятната частица тахион може да пътува назад във времето?

Тофт ръководи финансирания от ЕС проект ConTExt, продължил от 2015 до 2021 г. Целта му е да се наблюдават някои от най-старите елиптични галактики, връщайки се назад в първите 2 милиарда години от историята на Вселената, започнала преди 13,8 милиарда години.

Пътуване назад във времето до отдалечени тъмни кътчета: отговори все още няма 

Макар изследователите да са постигнали известен напредък в разбирането на елиптичните галактики, те все още остават загадка.

„Известни са от много години, но начинът им на образуване е като вид гатанка, защото са еднакво стари и „мъртви” в местната вселена”, казва Тофт.

Разсъжденията зад неговото изследване са следните: колкото по-назад във времето гледаме, като наблюдаваме галактики, отдалечени на милиарди светлинни години, в даден момент би трябвало да започнем да виждаме предшествениците им и да сме в състояние да обясним как те са успели да се разраснат толкова много.

„Но колкото и по-надалеч да гледахме, те продължаваха да изглеждат стари и мъртви. На практика в тях няма звездообразуване”, казва Тофт, като има предвид процеса, който е в основата на еволюцията на галактиките.

Това означава, че в ранната Вселена галактиките трябва да са разраствали много бързо. Все още обаче не е ясно точно как и кога се е случило това.

Снимки от телескопа James Webb поставят под съмнение теорията за формиране на галактиките

Има и друга загадка — ако галактиките са се разраснали бързо, защо този процес е спрял? И какво означава това за разбирането ни на йерархичния строеж на галактиките във Вселената, която се състои от звезди, планетарни системи, звездни купове и галактики?

„Първи трябва да са се образували малките галактики. Защо тогава тези масивни галактики са първите, които се формират?”, казва Тофт.

Звездообразуване

Хипотезата му е, че тези галактики може и са претърпели интензивен процес на звездообразуване в началото на своята история, превръщайки се в това, което се нарича „галактики с активно звездообразуване”.

Количествата прах и газ в тези галактики са изключително плътни и всяка година те могат да образуват звезди с маса хиляди пъти по-голяма от тази на Слънцето. За сравнение нашият Млечен път средно образува средно една нова слънчева маса на година.

Тофт се залавя за работа, като използва телескопа ALMA (Atacama Large Millimeter Array) в Чили, както и космическите телескопи Хъбъл и Шпицер, които по това време се движат в орбита около Земята.

Той установява, че в първите един до два милиарда години след Големия взрив „е имало достатъчно от тези звездообразуващи галактики, които да се превърнат в мъртви галактики”. Тези галактики са били плътни и компактни и са наподобявали ядрата на елиптичните галактики, които виждаме днес.

Тофт работи по предположението, че тези предшественици на елиптичните галактики са се образували бързо във Вселената, преди нещо да е прекратило звездообразуването в тях.

Космическият въглерод тече във вените на всички хора

След това, през следващите около 10 милиарда години, те постепенно натрупват повече звезди, като поглъщат по-малки галактики и добавят техните звезди към външните си области. Така елиптичните галактики остават стари и мъртви, но продължават да се разрастват до огромни размери.

Ранното разрастване на елиптичните галактики вероятно е било следствие от сливането на галактики, което е предизвикало звездообразуване.

„Имаме две големи галактики, които се сблъскват челно, а газът се компресира в центъра на този сблъсък”, казва Тофт. „Това е необходимо, за да има много високи темпове на звездообразуване”.

Все още остава неясно обаче как тези галактики са „се изключили”. Как са спрели да образуват звезди толкова бързо и накрая да се превърнат в мъртвите галактики, които виждаме днес?

Изгасване на звездообразуването

Сирио Бели, астроном в университет в Болоня, Италия, изследва този проблем със своя проект Red Cardinal — финансирана от ЕС инициатива, която се изпълнява от 2023 до 2028 г.

Той използва мощния космически телескоп Джеймс Уеб (JWST), който се движи в орбита около Слънцето, за да изследва тези ранни галактики по начин, който никога досега не е бил възможен. Идеята, която възниква, е че еволюцията на тези галактики се дължи на черните дупки, разположени в центъра им.

В центъра на почти всяка галактика днес, включително и нашата, има свръхмасивна черна дупка — огромен обект с маса милиони или милиарди пъти по-голяма от тази на нашето Слънце. Тези черни дупки предизвикват образуването и еволюцията на галактиките, като разбъркват и изхвърлят газ и прах през цялата им история.

Какво е свръхмасивната черна дупка, за която се предполага, че стои в центъра на Млечния път?

Бели открива, че тези черни дупки може да са причината за спирането на звездообразуването в ранните галактики — процес, наричан „изгасване”.

През април 2024 г. екипът му използва телескопа JWST, за съобщи за откриването на масивна галактика, която е в процес на изгасване около 2,6 милиарда години след Големия взрив. „Това е щастлива случайност, защото наблюдавахме тази галактика точно когато се случваше изгасването”, казва той.

Изглежда, че галактиката доскоро се е разраствала. „Тя просто престана да образува звезди”, казва Бели.

„Същевременно наблюдавахме този гигантски вятър, излизащ от галактиката. Смятаме, че това се дължи на свръхмасивната черна дупка в центъра ѝ”.

Идеята е, че черната дупка става изключително активна, което „избутва газа навън от галактиката”, казва Бели. „Така няма газ за формиране на нови звезди. Прилича на автомобил, останал без гориво”.

Не е ясно точно защо черната дупка е станала активна. Една от възможностите е, след като черната дупка е погълнала достатъчно материал и натрупала достатъчно маса, тя внезапно да започне да освобождава много енергия, която причинява изгасването.

„Смятаме, че щом една галактика достигне определена маса от 100 милиарда слънчеви маси, всички те в крайна сметка изгасват”, казва Бели. „Не наблюдаваме нито една масивна галактика в днешната Вселена, която все още да образува звезди”.

Има ли ограничение за това колко голяма може стане една черна дупка?

Изключително голям телескоп за по-нататъшни изследвания

Повече отговори може да дойдат от нови телескопи, като Европейския извънредно голям телескоп (ELT), който понастоящем се изгражда в Чили и трябва да започне работа през 2028 г.

„С ELT можем да разглеждаме в детайли вътрешността на тези галактики в ранната Вселена”, казва Бели — нещо, което JWST не може да направи.

Това ще покаже на изследователите общия темп на звездообразуване, но също и „къде се образуват звездите”, казва той. „Ако ELT работи както е обещано, би било наистина впечатляващо”.

Определянето на механизма на процеса на изгасване ще бъде от решаващо значение за разплитането на загадката защо галактиките умират — проблем, който продължава да озадачава учените.

„Не би трябвало да е възможно, защото когато една галактика е в ранната Вселена, тя е изпълнена с газ”, казва Тофт.

„Как се преминава от образуването на хиляди слънчеви маси годишно към нищо? Ако искаме да докажем, че причина са черните дупки, трябва да открием галактики в самия процес на спиране”.

Като разберем това, ще научим как се е зародил Космосът такъв, какъвто го виждаме днес, пише technews.bg. 

Изследванията в тази статия са финансирани от Европейския научноизследователски съвет (ЕНС). Възгледите на интервюираните лица не отразяват непременно позицията на Европейската комисия. Статията е публикувана за пръв път в Horizon, списанието на ЕС за изследвания и иновации.

Последвайте канала на