Przejdź do głównej zawartości

Eksplozje pierwszych gwiazd we Wszechświecie wypluwały potężne dżety materii

W przeciwieństwie do tego, co kiedyś sądzono, wczesne supernowe nie wybuchły w postaci sferycznej ale wyrzuciły dżety materii, która mogła zasiać nowe gwiazdy.


Kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu pierwsze gwiazdy zapłonęły w postaci ogromnie jasnych nagromadzeń wodoru i helu. W jądrach tych pierwszych gwiazd ekstremalne reakcje termojądrowe wykuły pierwsze ciężkie pierwiastki, w tym węgiel, żelazo i cynk.

Owe pierwsze gwiazdy były prawdopodobnie ogromnymi, krótko żyjącymi kulami ognia, a naukowcy założyli, że eksplodowały jako jednakowo sferyczne supernowe.  

Ale teraz astronomowie odkryli, że te pierwsze gwiazdy mogły rozerwać się w potężniejszy, asymetryczny sposób, wyrzucając strumienie, które były wystarczająco gwałtowne, aby wypchnąć ciężkie pierwiastki do sąsiednich galaktyk. Pierwiastki te ostatecznie posłużyły jako budulec gwiazd drugiej generacji, spośród których do dzisiaj można niektóre obserwować.

W artykule opublikowanym w Astrophysical Journal naukowcy donoszą o dużej obfitości cynku w HE 1327-2326, starożytnej gwieździe, która przetrwała i należy do drugiej generacji gwiazd. Wierzą, że mogła nabyć tak dużą ilość cynku po asymetrycznej eksplozji jednej z pierwszych gwiazd, która wzbogaciła gaz jej narodzin.

„Kiedy gwiazda eksploduje, pewna jej część zostaje wessana do czarnej dziury. Tylko wtedy, gdy mamy jakiś mechanizm, taki jak dżet, który może wyrwać materię, możemy zaobserwować tę materię później w gwieździe następnej generacji. I wierzymy, że to właśnie mogło mieć tutaj miejsce” – mówi Anna Ferbel, prof. fizyki na MIT.

„Są to pierwsze dowody obserwacyjne na to, że taka asymetryczna supernowa miała miejsce we wczesnym Wszechświecie. To zmienia nasze rozumienie na temat tego, jak wybuchały pierwsze gwiazdy” – dodaje Rana Ezzeddine z MIT i główna autorka badania.

HE 1327-2326 została odkryta przez Annę Ferbel w 2005 r. Gwiazda była wówczas najbardziej ubogą w metale gwiazdą, jaką kiedykolwiek zaobserwowano, co oznacza, że miała niezwykle niskie stężenie pierwiastków cięższych, niż wodór i hel – co świadczyło o tym, że powstała jako część gwiazd drugiej generacji.

„Pierwsze gwiazdy były tak masywne, że musiały wybuchnąć niemal natychmiast. Mniejsze gwiazdy, które uformowały się w drugiej generacji, nadal istnieją i zachowują wczesną materię pozostawioną przez pierwsze gwiazdy. Nasza dzienna gwiazda ma zaledwie kroplę pierwiastków cięższych, niż wodór i hel, więc wiemy, że musiała powstać jako gwiazda drugiej generacji” – mówi Anna Ferbel.

W maju 2016 r. zespół był w stanie zaobserwować gwiazdę, która orbituje blisko Ziemi, w odległości zaledwie 5000 lat świetlnych. Naukowcy uzyskali czas na Kosmicznym Teleskopie Hubble’a i przez dwa tygodnie rejestrowali światło gwiazd. Użyli instrumentu znajdującego się na pokładzie teleskopu – Cosmic Origins Spectrograph – aby zmierzyć obfitość różnych pierwiastków w gwieździe.

Spektrograf został zaprojektowany z dużą precyzją, aby wychwytywać słabe światło ultrafioletowe. Niektóre z tych długości fal są pochłaniane przez pewne pierwiastki, jak np. cynk. Naukowcy sporządzili listę ciężkich pierwiastków, które, jak podejrzewali, mogą znajdować się w tak antycznej gwieździe, które planowali szukać w danych UV, w tym krzem, żelazo, fosfor i cynk.

Następnie Frebel i Ezzeddine skontaktowały się ze swoimi współpracownikami w Japonii, którzy specjalizują się w opracowywaniu symulacji supernowych i gwiazd powstających w ich następstwie. Naukowcy przeprowadzili ponad 10 000 symulacji supernowych, z których każda miała inną energię wybuchu, konfigurację i inne parametry. Odkryli, że podczas gdy większość symulowanych sferycznych supernowych była w stanie wytworzyć gwiazdę wtórną zawierającą pierwiastki obserwowane w HE 1327-2326, żadna z nich nie stworzyła cynku.

Jak się okazuje, jedyną symulacją, która mogłaby wyjaśnić charakteryzację gwiazdy, w tym jej dużą obfitość cynku, była asferyczna, wyrzucająca dżety supernowa pierwszej gwiazdy. Taka supernowa byłaby niezwykle wybuchowa, z mocą odpowiadającą około kwintylionowi (10 z trzydziestoma zerami) bomb wodorowych.

Wyniki zespołu mogą zmienić rozumienie naukowców dotyczące rejonizacji, kluczowego okresu, w którym gaz we Wszechświecie przekształcił się z całkowicie neutralnego w zjonizowany – stan, który umożliwił kształtowanie się galaktyk.

Te pierwsze supernowe mogły być również wystarczająco potężne, aby wystrzelić ciężkie pierwiastki do sąsiednich „dziewiczych galaktyk”, które jeszcze nie stworzyły własnych gwiazd.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Wykryto największą eksplozję w historii Wszechświata

Naukowcy badający odległą gromadę galaktyk odkryli największą eksplozję obserwowaną we Wszechświecie od czasów Wielkiego Wybuchu.

Wybuch pochodził z supermasywnej czarnej dziury w centrum odległej o setki milionów lat świetlnych stąd galaktyki. W trakcie eksplozji zostało uwolnione pięć razy więcej energii, niż przy poprzednim ówczesnym najpotężniejszym wybuchu.
Astronomowie dokonali tego odkrycia przy użyciu danych z obserwatorium rentgenowskiego Chandra i XMM-Newton, a także danych radiowych z Murchison Widefield Array (MWA) w Australii i Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) w Indiach.
Ten potężny wybuch został wykryty w gromadzie galaktyk Ophiuchus, która znajduje się około 390 mln lat świetlnych stąd. Gromady galaktyk to największe struktury we Wszechświecie utrzymywane razem przez grawitację, zawierające tysiące pojedynczych galaktyk, ciemną materię i gorący gaz.
W centrum gromady Ophiuchus znajduje się duża galaktyka zawierająca supermasywną czarną dziurę. Naukowcy uważają, że źró…

Odkryto najbliższą znaną „olbrzymią planetę niemowlęcą”

Nowonarodzona masywna planeta znajduje się zaledwie 100 parseków od Ziemi.

Naukowcy odkryli nowonarodzoną masywną planetę bliższą Ziemi niż jakikolwiek tego typu obiekt w podobnym wieku. Olbrzymia niemowlęca planeta, nazwana 2MASS 1155-7919 b, znajduje się w asocjacji Epsilon Chamaeleontis i leży tylko około 330 lat świetlnych od naszego Układu Słonecznego.
„Ciemny, chłodny obiekt, który znaleźliśmy, jest bardzo młody i ma zaledwie 10 mas Jowisza, co oznacza, że prawdopodobnie patrzymy na planetę niemowlęcą, być może wciąż w fazie formowania się. Chociaż zostało odkrytych wiele innych planet podczas misji Kepler i innych podobnych, prawie wszystkie z nich są planetami ‘starymi’. Obiekt ten jest jednocześnie czwartym lub piątym przykładem planety olbrzymiej krążącej tak daleko od swojej gwiazdy macierzystej. Teoretycy usiłują wyjaśnić, w jaki sposób się tam uformowały lub jak tam dotarły” – powiedziała Annie Dickson-Vandervelde, główna autorka pracy.
Do odkrycia naukowcy wykorzystali dane…

Czy rozwiązano tajemnicę ekspansji Wszechświata?

Badacz z Uniwersytetu Genewskiego rozwiązał naukową kontrowersję dotyczącą tempa ekspansji Wszechświata, sugerując, że na dużą skalę nie jest ono całkowicie jednorodne.


Ziemia, Układ Słoneczny, cała Droga Mleczna i kilka tysięcy najbliższych nam galaktyk porusza się w ogromnym „bąblu” o średnicy 250 mln lat świetlnych, gdzie średnia gęstość materii jest o połowę mniejsza niż w pozostałej części Wszechświata. Taka jest hipoteza wysunięta przez fizyka teoretyka z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) jako rozwiązanie zagadki, która od dziesięcioleci dzieli społeczność naukową: z jaką prędkością rozszerza się Wszechświat? Do tej pory co najmniej dwie niezależne metody obliczeniowe osiągnęły dwie wartości różniące się o około 10% z odchyleniem, które jest statystycznie nie do pogodzenia. Nowe podejście usuwa tę rozbieżność bez korzystania z „nowej fizyki”.
Wszechświat rozszerza się od czasu Wielkiego Wybuchu, który miał miejsce 13,8 mld lat temu – propozycja po raz pierwszy przedstawiona przez b…