Otkriveno dvostruko poreklo kosmičke prašine u udaljenom svemiru

Međutim, hiljade ogromnih galaksija, bogatih zvezdama i prašinom, već su bile formirane.

Međunarodnu studiju koja pojašnjava kako je to uopšte bilo moguće, sproveo je tim istraživača iz više evropskih i kanadskih institucija, a predvodio ju je dr Darko Donevski, naučnik iz Srbije, koji je trenutno postdoktorski stipendista na italijanskom institutu SISSA (Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati).

Naučnici su kombinovali posmatračke i teorijske metode da bi identifikovali fizičke procese koji su u pozadini njihove evolucije i prvi put pronašli dokaze o tome da je do porasta prašine došlo usled velike koncentracije metala u udaljenom svemiru.

Studija objavljena u časopisu Astronomy & Astrophysics nudi nov pristup istraživanju evolutivnog razvoja ovih masivnih objekata.

Od početnog otkrića pre 20 godina, izuzetno udaljene i masivne galaksije sačinjene od velikog broja mladih zvezda – takozvane prašnjave (zvezdotvorne) galaksije – predstavljaju ozbiljan izazov za astronome: „Sa jedne strane, njih je teško otkriti jer se one nalaze u gustim regionima udaljenog univerzuma i sadrže čestice prašine, tj. silikatne i ugljenične čestice, koje apsorbuju većinu optičke svetlosti koja dolazi od zračenja mladih zvezda“, objašnjava Darko Donevski. „Sa druge strane, mnogi od ovih prašnjavih ‘džinova’ nastali su kada je svemir bio još vrlo mlad, mlađi od milijardu godina, a naučnici se pitaju kako je tolika količina prašine mogla da nastane tako rano.“

Proučavanje ovih egzotičnih objekata sada je omogućeno zahvaljujući ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) interferometru.

Ovaj interferometar od 66 teleskopa u pustinji Atakama na severu Čilea može da detektuje infracrvenu svetlost koja prodire u oblake prašine, otkrivajući na taj način prisustvo novonastalih zvezda.

Ipak, uzrok velike količine prašine u ranom kosmičkom dobu već dugo je nepoznanica za astronome.

„Tokom godina, naučnici su mislili da je stvaranje kosmičke prašine prouzrokovano isključivo eksplozijom supernova. Međutim, najnoviji teorijski radovi sugerišu da koncentracija prašine raste i usled sudara čestica hladnog gasa bogatog metalima koji ispunjava galaksije“, objašnjava naš istraživač.

Internacionalni tim sačinjen od istraživača iz institucija sa sedištima u Evropi, Sjedinjenim Američkim Državama, Kanadi i Južnoj Africi, predvođen Donevskim, kombinovao je opservacione i teorijske metode da bi proučio 300 udaljenih, prašnjavih galaksija sa ciljem da otkrije poreklo ovih „džinova“.

Oni su doneli zaključke o fizičkim svojstvima ovih prašnjavih galaksija uklapajući  njihove spektralne raspodele energije.

„Pronašli smo ogromne količine prašine u većini naših galaksija. Naše procene su da eksplozije supernova ne mogu da budu odgovorne za sve, nego da je deo morao da nastane i sudarima čestica u gasovitom okruženju bogatom metalima oko masivnih zvezda, kao što se i smatralo po pređašnjim teorijskim modelima“, kaže Donevski.

„Ovo je prvi put da podaci dobijeni posmatranjem potkrepljuju ideju o postojanju oba proizvodna mehanizma.“

Naučnici su, takođe, proučavali odnos količine prašine i mase zvezda ne bi li saznali koliko efikasno galaksije stvaraju i uništavaju prašinu tokom svoje evolucije.

„To nam je omogućilo da identifikujemo životni ciklus prašine u dve različite populacije galaksija: normalnim galaksijama, takozvanim glavnim nizovima, koje se razvijaju polako, i ekstremnijim, brzorastućim galaksijama poznatim i kao ‘zvezdorodne’ galaksije“, ističe Lara Pantoni, doktorandkinja na SISSA, koja je razvila analitički model za interpretaciju podataka.

Model poseduje veliki potencijal u opisivanju razlika između ove dve grupe posmatranih galaksija.

„Zanimljivo da smo pokazali da je bez obzira na njihovu udaljenost, zvezdanu masu ili veličinu, kod kompaktnih ‘zvezdorodnih’ galaksija proporcionalni odnos između količine prašine i mase zvezda uvek veći nego kod normalnih galaksija.“

Da bi preciznije ocenio nalaze dobijene posmatranjem, tim astronoma je te podatke uporedio sa podacima dobijenim najsavremenijim simulacijama galaksija.

Oni su koristili novi model SIMBA, koji simulira nastanak i evoluciju miliona galaksija od začetka univerzuma do danas, prateći sva njihova fizička svojstva, uključujući i masu prašine.

„Dosad su se teorijski modeli suočavali sa problemom istovremenog usklađivanja osobina prašine i zvezda u galaksiji. Međutim, naš novi paket kosmološke komunikacije, SIMBA, mogao bi da reprodukuje većinu dobijenih podataka“, objašnjava Dešika Narajanan, profesor astronomije na Univerzitetu Florida i član DAWN instituta u Kopenhagenu.

„Naša studija pokazuje da proizvodnju prašine u ‘džinovima’ izaziva veoma brzi rast čestica njihovim sudaranjem sa gasom. Prema tome, ovo je prvi tako snažan dokaz da se stvaranje prašine dešava i tokom umiranja zvezda, kao i u prostoru između masivnih zvezda, što je teza zastupljena u teorijskim studijama“, zaključuje Donevski. „Štaviše, ponuđen je novi mešoviti pristup istraživanju evolucije masivnih objekata u dalekom univerzumu, koji će biti testiran budućim svemirskim teleskopima kao što je Svemirski teleskop Džejms Veb.“