Γαλάζιο το πρώτο χρώμα της κοσμικής Αυγής; Αναρωτιούνται οι επιστήμονες ρίχνοντας νέο φως στη διαμόρφωση των ήλιων

Μια ανακάλυψη που δημοσιεύτηκε στο διεθνούς φήμης επιστημονικό περιοδικό Nature, που κυκλοφόρησε 4 Ιουνίου 2018, απειλεί να φέρει τα πάνω κάτω στις καθιερωμένες απόψεις των Αστροφυσικών για το πώς δημιουργούνται οι ήλιοι στους γαλαξίες, ειδικά στους «νεαρούς» γαλαξίες που βρίσκονται στο πολύ μακρινό Σύμπαν όπως ήταν και ο δικός μας πριν περίπου 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Στην πενταμελή ερευνητική ομάδα, με κύριο ερευνητή τον Dr Zhi-Yu Zhang (ESO, Royal Observatory of Ediburgh), συμμετείχε και ο Παντελής Παπαδόπουλος, Αναπληρωτής Καθηγητής Φυσικής στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο της Θεσσαλονίκης (Τομέας Αστροφυσικής, Αστρονομίας και Μηχανικής), ο οποίος συνδιαμόρφωσε την βασική ιδέα, αλλά είχε και την ειδική ευθύνη για την σωστή ερμηνεία των πολύτιμων δεδομένων της ALMA (Atacama Large Millimeter Array), δεδομένα τα οποία τελικά αποδείχθηκαν κρίσιμα για την ανακάλυψη.

Η ALMA αποτελεί την πιο εξελιγμένη διάταξη ραδιοτηλεσκόπιων στον πλανήτη, και είναι κατασκευασμένη στα 5000 μέτρα υψόμετρο στην έρημο Atacama της Βόρειας Χιλής από 16 χώρες. Εκεί στα απόμακρα υψίπεδα της Βόρειας Χιλής 64 δωδεκάμετρα ραδιοτηλεσκόπια παρατηρούν αδιάκοπα το Σύμπαν, λειτουργώντας σαν να είναι ένα μεγάλο ραδιοτηλεσκόπιο με διάμετρο όλη την διάταξη! Ήταν εκεί όπου το ερευνητικό πρόγραμμα της ομάδας, η οποία περιλαμβάνει επίσης μέλη από την Ιταλία (Donatella Romano, Francesca Mateucci), την Σκωτία και το ESO (Rob Ivison), έφτασε σε αίσιο τέλος μετά από 3 χρόνια προσπαθειών και θεωρητικής δουλειάς η οποία προετοίμασε το έδαφος για την μεγάλη ανακάλυψη.

Πολύ ασθενή ραδιοκύματα, προερχόμενα από τεράστια και υπέρψυχα νέφη μεσοαστρικού υδρογόνου (στους -240 C!) [αόρατα στο ανθρώπινο μάτι αλλά ακόμα και στα πιο μεγάλα οπτικά τηλεσκόπια στον Κόσμο], έφεραν μοναδικές πληροφορίες για το είδος των ήλιων που εμπλούτισαν αυτά τα νέφη με ισότοπα άνθρακα και οξυγόνου. Αυτό έγινε όταν οι γαλαξίες ήταν ακόμα «νέοι» και οι ήλιοι τους άρχιζαν να δημιουργούνται.

Χρησιμοποιώντας την ALMA, η ομάδα κατάφερε να ανιχνεύσει τις φασματικές γραμμές του μορίου του CO, ίχνη του οποίου συνυπήρχαν και σηματοδοτούσαν τα απέραντα νέφη αερίου υδρογόνου, σε 4 απομακρυσμένους γαλαξίες, καθώς και να ανιχνεύσει επίσης αποφασιστικά τις πολύ πιο αδύναμες γραμμές που εκπέμπονταν από τα σπανιότερα μόρια (13)C(16)O και (12)C(18)O. Τα διαφορετικά αυτά ισότοπα άνθρακα και οξυγόνου και οι σχετικές αφθονίες τους είναι τα δαχτυλικά αποτυπώματα της πυρηνοσύνθεσης που συμβαίνει μέσα σε ήλιους πολύ πιο μεγάλης μάζας και φωτεινότητας από τον δικό μας, σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 10 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου. Με τη μέτρηση των σχετικών τους αφθονιών, θα μπορούσε να αποκωδικοποιηθεί ο κυρίαρχος τύπος των ήλιων από τους οποίους έγιναν αυτά.

Προς μεγάλη έκπληξη της ομάδας, το κυρίαρχο είδος των ήλιων που δημιουργούνταν στους μεγάλους γαλαξίες εκείνη την εποχή της Κοσμικής Αυγής φαίνεται να ήταν ήλιοι τουλάχιστον 10 φορές πιο μαζικοί από τον δικό μας, εκατομμύρια φορές πιο λαμπεροί και με την τεράστια φωτεινή τους ενέργεια τους να αναδύεται κυρίως στο γαλάζιο μέρος του ορατού φάσματος.

Οι μεγάλες εκρήξεις supernovae αυτού του τύπου ήλιων στο τέλος της σύντομης εξέλιξής τους ήταν αυτές που διασκόρπισαν μοναδικές αναλογίες ισότοπων άνθρακα και οξυγόνου. Αυτές ήταν και τα «αχνάρια» που άφησαν οι υπέρλαμπροι εκείνοι ήλιοι στην μεσοαστρική υλη μακρινών γαλαξιών, «αχνάρια» που ανιχνευτήκαν πολύ μετά, στην δική μας πολύ πιο «ήρεμη εποχή» κοσμικής εξέλιξης των γαλαξιών σαν τον δικό μας.

Το επόμενο βήμα της ομάδας είναι να συνεχίσει την χαρτογράφηση αυτών των ραδιοκυμάτων από τα ισότοπα του άνθρακα και υδρογόνου σε ακόμα πιο μακρινούς γαλαξίες στο Σύμπαν. Όπως το διατύπωσε και ο Παντελής Παπαδόπουλος: «Η περιπέτεια μόλις άρχισε …».

Περισσότερα στη δημοσίευση: Stellar populations dominated by massive stars in dusty starburst galaxies across cosmic time. Nature.