Teleskop Jamesa Webba mógł odkryć powstawanie pierwszych galaktyk we wszechświecie!

Standardowy Model Kosmologiczny jest z nami od ponad dwóch dekad. Wiemy, że zakłada ona obecność tajemniczej ciemnej energii przyspieszającej obserwowalną ekspansję Wszechświata na nieco ponad 5 miliardów lat, a także równie tajemniczych cząstek znanych jako… Istota czarnaIstota czarna Nigdy wcześniej nie stosowano metod wykrywania ciemnej materii bezpośrednio w zderzeniach akceleratorów cząstek lub pośrednio w promieniach kosmicznych poprzez ich potencjalne produkty rozpadu.

Mamy nadzieję zobaczyć wyraźniej ten mroczny wszechświat za pomocą narzędzi takich jak Euclid. Tymczasem możemy także skorzystać z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), aby cofnąć się jeszcze dalej. WarstwyWarstwy Światła WszechświatWszechświat Co otoczka jądrowa zrobiła z Hubble’em, próbując rozszyfrować tajemnice narodzin i wzrostu pierwszych galaktyk dzięki ciemnej materii.

Przez 13,8 miliarda lat Wszechświat nadal ewoluował. Wbrew temu, co mówią nam oczy, gdy patrzymy na niebo, jego kształt nie jest statyczny. Fizycy prowadzą obserwacje różnych epok Wszechświata i przeprowadzają symulacje, w których odtwarzają jego skład i ewolucję. Wydaje się, że ciemna materia odgrywała główną rolę od początków Wszechświata aż do powstania dużych struktur, które obserwujemy dzisiaj. © Badania CEA

Galaktyczne narodziny zdradzone przez duchy w podczerwieni

Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców będących członkami Centrum Kosmicznego Świtu (świtświt) z Uniwersytetu w Kopenhadze w Danii właśnie ukazało się w czasopiśmie nauka Artykuł, którego kopia dostępna jest pod adresem arXiv Co dostarcza interesujących obserwacji na temat tych galaktyk. O tym dowiadujemy się także z komunikatu prasowego NASANASA Załączone do tego artykułu analizy danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba wykazały, że trzy galaktyki aktywnie powstają, gdy Wszechświat miał zaledwie 400–600 milionów lat.

” Te galaktyki są jak błyszczące wyspy na morzu GazGaz Poza tym neutralny i niejasny. Bez Webba nie bylibyśmy w stanie obserwować tych pierwszych galaktyk, nie mówiąc już o tym, jak wiele dowiedzieć się o ich powstaniu „, deklaruje Kasper Heintz, główny autor napisanego przez siebie artykułu nauka I adiunktAstrofizykaAstrofizyka O świcie.

W komunikacie prasowym Dawn jest to określone „badacze” Udało im się zmierzyć powstawanie pierwszych galaktyk we wszechświecie, korzystając z wyrafinowanych modeli, które pokazują, w jaki sposób światło z tych galaktyk było absorbowane przez gaz obojętny w nich i wokół nich. To przejście jest znane jako przejście Lyman-alfa. Mierząc światło, badacze byli w stanie odróżnić gaz w nowo powstałych galaktykach od innych gazów. Działania te były możliwe jedynie dzięki możliwościom… SpektrometrSpektrometr PodczerwieńPodczerwień Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest niezwykle czuły „.

Zadziwiające jest to, że dane te wydają się potwierdzać model wzrostu galaktyk, który wprowadzono nieco ponad dziesięć lat temu i który zastąpił stary model, jak wyjaśnił Futurze jeden z badaczy odpowiedzialnych za tę rewolucję w wywiadzie przeprowadzonym przez nas i Francuz. Romaina Tessieraprofesor astrofizyki oraz matematyki stosowanej i obliczeniowej na Uniwersytecie Princeton.

Według tego modelu wzrostowi galaktyk towarzyszą ich odrodzenia gwiazdygwiazdyjest wytwarzany głównie przez włókna ciemnej materii, które kierują prądywodórwodór i’HelHel Neutralny, fajny. Możemy wierzyć, że Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dokładnie wykryje to zjawisko przez the WidmaWidma Tych odległych galaktyk dostarczonych przez narzędzie NIRSpecNIRSpec (spektrometr bliskiej podczerwieni) teleskopu. Widma te wynikają z przejść kwantowych pomiędzy poziomamienergiaenergia Zwolennik AtomyAtomy Obecność wodoru i helu pod wpływem promieniowania może ujawnić obecność ogromnych nagromadzeń tych gazów w formie neutralnej wokół tych galaktyk, dlatego jak wyjaśnił Simon Nielsen, współautor i doktorant, który również pracuje w Dawn: „ Odchodzimy od obrazu galaktyk jakoEkosystemyEkosystemy odosobniony. Na tym etapie historii Wszechświata wszystkie galaktyki są ściśle powiązane z ośrodkiem międzygalaktycznym za pomocą jego włókien i pierwotnych struktur gazowych. „.

Aby trochę lepiej zrozumieć kontekst tego odkrycia, przypomnijmy sobie, co Futura wyjaśniła już kilka lat temu.

Konferencja Romaina Tessiera na temat kosmologii cyfrowej stosowanej w narodzinach i ewolucji galaktyk. Jak dowiedzieliśmy się z mapy promieniowania kopalnego sporządzonej za pomocą satelity Planck, symulacje rozpoczynają się od warunków początkowych z ograniczeniami wahań gęstości materii około 400 000 lat po Wielkim Wybuchu. Badacz wyjaśnia przede wszystkim, że zgodnie z surowością modelowania fizyki barionów (zwłaszcza przy coraz większej rozdzielczości w symulacjach w odniesieniu do skal przestrzennych i czasowych) z powstawaniem gwiazd, a nie tylko z uwzględnieniem w fizyce ciemnej materii , pojawia się wielka różnorodność zjawisk, zwłaszcza form Galaktyki. © College de France

Nowy model wzrostu galaktyk

Przez ponad 20 lat kosmolodzy hodowali galaktyki głównie przy użyciu galaktyk FuzjeFuzje między Galaktyki karłowateGalaktyki karłowate Pierwotne oraz w wyniku zderzeń między tymi galaktykami a większymi galaktykami powstałymi w wyniku poprzednich połączeń. Zjawiska związane z tymi zderzeniami i połączeniami (dobrze obserwowane za pomocą teleskopu Hubble’a) – wejście świeżego gazu, fale uderzeniowe pomiędzy szerokie rzeszeszerokie rzesze Gazu z galaktyk – będącego naturalnie wytwarzanym rozbłyskiem podczas formowania się gwiazd. Podobnie nagłe wylewy gazu prawdopodobnie wyjaśniają zapłon kwazarów w wyniku spadania dużych ilości materii w przestrzeń kosmiczną. Supermasywne czarne dziurySupermasywne czarne dziury W sercu galaktyk i kto stoi za ogromnymi ilościami energii, która sprawia, że ​​świecą gwiazdygwiazdy.

Jednak wśród pierwszych galaktyk zauważamy gorączkowe formowanie się nowych gwiazd i ich spalanie KwazaryKwazarypodczas gdy w kilku przypadkach widzimy łączenia galaktyk (w toku lub właśnie zakończone).

Wszystkie te powody sprawiają, że zwolennicy standardowego kosmologicznego modelu zimnej ciemnej materii, opracowanego przez laureata Nagrody Nobla Jamesa Peeblesa na początku lat 80. XX wieku, w końcu próbowali rozwiązać te tajemnice, zachowując ten model, korzystając z symulacji uwzględniających wszystkie szczegóły. fizycznyfizyczny Zwykła materia barionowa zapada się grawitacyjnie przy pomocy ciemnej materii, tworząc i rozwijając galaktyki. W szczególności dzięki postępowi w mocy obliczeniowej KomputeryKomputery Od ul^H XX wieku, aby przedstawić skutki powstawania gwiazd i supermasywnych czarnych dziur oraz to, co te gwiazdy mogą wywołać w wyniku swojego promieniowania i eksplozji.

Fragment cyfrowej symulacji MareNostrum 3D (patrz ilustracje poniżej) odtwarza ewolucję Wszechświata trwającą 13 miliardów lat od stanu jednorodnego po Wielkim Wybuchu do współczesnych galaktyk spiralnych. Projekt: Romain Tessier (CEA), Rozmiar: 50 milionów lat świetlnych. © CEA Astrofizyka

I tak nieco ponad 10 lat temu, pracując w CEA, Romain Tessier opublikował książkę V Natura, Wraz ze swoimi francuskimi i izraelskimi kolegami osiągnął ważne wyniki dotyczące powstawania galaktyk. Uzyskano go przy użyciu jednego z najpotężniejszych SuperkomputerySuperkomputery Świat, zwany MareNostrum, opiera się na Centrum Obliczeniowym w Barcelonie. To była kwestia starannego wdrożenia Symulacja cyfrowaSymulacja cyfrowaOwoc wspólnej pracy informatyków iAstrofizycyAstrofizycyUwzględnienie w ciemnej materii obecności zwykłej materii. Po czterech tygodniach intensywnych obliczeń, przeprowadzonych równolegle na ponad 2000 procesorów, badacze zaobserwowali przejawy nowej teorii, która nie spowodowała narodzin i wzrostu galaktyk zgodnie z wcześniej wymyślonymi i zbadanymi scenariuszami.

Według tej teorii nazywa się to Galaktyki zasilane strumieniowo (SFG), ciemna materia nadal istnieje. Kierują jednak strumienie zimnego gazu barionowego do swoich grudek i włókien. Zgodnie z symulacjami tam, gdzie struny się przetną, narodzą się i przede wszystkim rozrosną galaktyki.

Zderzenia między galaktykami odgrywały wówczas mniejszą rolę, dlatego rozbłyski gwiazd obserwowane w małych galaktykach można wytłumaczyć dostarczaniem materii barionowej do włókien. starożytności NieładNieład Byłoby tam również, pomagając wyjaśnić rotację galaktyk.

Dzięki Jamesowi Webbowi będziemy teraz mogli spróbować odpowiedzieć na kilka pytań dotyczących tych zimnych włókien materii, jak zawsze stwierdza komunikat prasowy NASA: „ Gdzie dokładnie znajduje się gaz? Jak blisko znajdują się centra galaktyk – lub na ich krawędziach? Czy gaz jest dziewiczy czy jest już wypełniony cięższymi pierwiastkami? Dlatego Kasper Heintz podsumowuje: Następnym krokiem jest utworzenie dużych próbek statystycznych galaktyk i ich szczegółowy pomiar Rozpowszechnianie sięRozpowszechnianie się I znaczenie jego cech „.