Vëzhgimet e galaktikave të afërta tregojnë se erërat e fuqishme të krijuara nga shpërthimet e yjeve mund të pengojnë daljen e rrezatimit jonizues, në vend që ta lehtësojnë atë. Zbulimi vë në pikëpyetje një nga teoritë mbi mënyrën se si universi u bë i tejdukshëm ndaj dritës, miliarda vite më parë.
Një studim i ri, i bazuar në vëzhgimet e teleskopit hapësinor Hubble, po vë në pikëpyetje një ide të rëndësishme mbi evolucionin e universit të hershëm: rolin e shpërthimeve të supernovave në përhapjen e rrezatimit që bëri të mundur kalimin e universit nga një gjendje e mbushur me gaz neutral, i cili pengonte përhapjen e dritës, në universin që njohim sot.
Sipas studimit, të publikuar në revistën shkencore Nature Astronomy, erërat galaktike të krijuara nga shpërthimet e fuqishme yjore mund të mos e ndihmojnë rrezatimin jonizues të dalë nga galaktikat. Përkundrazi, vëzhgimet tregojnë se galaktikat me erëra më të shpejta lejojnë të largohet një pjesë më e vogël e këtij rrezatimi.
Gjetjet mbështesin një teori alternative, sipas së cilës rrezatimi nga yjet e rinj mund të ketë dalë nga galaktikat përpara se shpërthimet e para të supernovave të krijonin erëra të fuqishme dhe të ndryshonin strukturën e gazit përreth.
Studimi u drejtua nga Cody Carr, studiues pasdoktoral në Departamentin e Astronomisë në Universitetin e Miçiganit, i cili e zhvilloi punën gjatë periudhës së tij kërkimore në Universitetin Zhejiang në Kinë. Në ekip morën pjesë afro 30 studiues nga më shumë se një duzinë institucionesh në mbarë botën.
Çfarë ndodhi në universin e hershëm?
Për të kuptuar rëndësinë e zbulimit, duhet të kthehemi rreth 13 miliardë vjet pas në kohë, në periudhën kur universi po kalonte një nga ndryshimet më të rëndësishme në historinë e tij.
Pas Big Bengut, universi u zgjerua dhe u ftoh gradualisht, duke krijuar kushtet për formimin e atomeve. Hidrogjeni, elementi më i bollshëm në kozmos, u gjend kryesisht në një gjendje elektrike neutrale, me elektrone të lidhura me protonet.
Në këtë fazë, universi përmbante sasi të mëdha hidrogjeni neutral, i cili thithte rrezatimin ultravjollcë dhe pengonte përhapjen e lirë të një pjese të dritës. Për këtë arsye, kjo periudhë përshkruhet shpesh si një fazë kur universi ishte i mbushur me një lloj mjegulle kozmike.
Më pas nisi procesi i njohur si rionizimi kozmik, gjatë të cilit rrezatimi energjetik nga yjet dhe burime të tjera shkatërroi lidhjen mes elektroneve dhe protoneve në atomet e hidrogjenit. Si rezultat, hidrogjeni u shndërrua në plazmë të jonizuar, të përbërë nga protone dhe elektrone të lira.
Ky proces bëri që pjesa më e madhe e hidrogjenit në hapësirën ndërmjet galaktikave të humbiste gjendjen neutrale, duke i krijuar dritës mundësinë të përhapej shumë më lirshëm në distanca të mëdha.
“Përfundimisht, kur u jonizua pjesa më e madhe e hidrogjenit që mbush hapësirën ndërgalaktike, rionizimi mori fund dhe ne shohim universin e sotëm”, shpjegoi Cody Carr.
Ai e përshkroi rionizimin si fazën e fundit madhore të tranzicionit të universit.
Megjithatë, astronomët ende nuk kanë përgjigje të plota për dy pyetje thelbësore: cilat objekte prodhuan pjesën më të madhe të rrezatimit jonizues dhe si arriti ky rrezatim të largohej nga galaktikat e para.
Pse shkencëtarët po rishikojnë rolin e supernovave?
Një nga teoritë kryesore për rionizimin kozmik sugjeronte se shpërthimet e supernovave luajtën një rol vendimtar në hapjen e rrugës për rrezatimin ultravjollcë.
Një supernovë është shpërthimi jashtëzakonisht energjetik që ndodh në fazën përfundimtare të disa yjeve. Ajo çliron sasi të mëdha energjie dhe mund të hedhë sasi të konsiderueshme materiali në hapësirën përreth.
Sipas shpjegimit tradicional, këto shpërthime krijonin erëra galaktike që largonin gazin dhe pastronin zonat përreth yjeve. Në këtë mënyrë, supozohej se krijoheshin kanale më të hapura përmes të cilave rrezatimi jonizues mund të dilte nga galaktikat dhe të vepronte mbi hidrogjenin neutral në hapësirën ndërgalaktike.
Por rezultatet e reja tregojnë se marrëdhënia mund të jetë më e ndërlikuar.
Duke vëzhguar galaktika me formim intensiv të yjeve, studiuesit zbuluan se galaktikat me erërat më të shpejta lejonin të largohej një përqindje më e vogël e rrezatimit jonizues.
Kjo sugjeron se energjia e çliruar nga supernovat mund të trazojë gazin përreth në mënyra që rrisin mbulimin e galaktikës nga gazi neutral dhe pluhuri kozmik. Në vend që të krijojë rrugë të lira për dritën, ky material mund të vazhdojë ta thithë ose pengojë atë.
“Erërat e krijuara nga supernovat duket se kanë trazuar mjedisin përreth dhe kanë rritur, në vend që të ulin, mbulimin nga gazi neutral dhe pluhuri që pengojnë daljen e rrezatimit jonizues”, shpjegoi Stephan McCandliss, bashkautor i studimit dhe drejtor i Qendrës për Shkencat Astrofizike në Universitetin Johns Hopkins.
Ky rezultat sfidon idenë se erërat galaktike të fuqishme, në vetvete, janë mekanizmi kryesor që lejon daljen e rrezatimit nga galaktikat e hershme.
Si arriti Hubble në këtë përfundim?
Për të hetuar këtë proces, studiuesit përdorën teleskopin hapësinor Hubble, një mision i NASA-s me kontribut të Agjencisë Evropiane të Hapësirës, për të vëzhguar galaktika të afërta ku yjet formohen me ritme jashtëzakonisht të larta.
Këto njihen si galaktika me shpërthim të formimit të yjeve (starburst galaxies). Ato shërbejnë si laboratorë natyrorë për të studiuar procese që mund të kenë ndodhur edhe në galaktikat e para të universit, kur formimi i yjeve ishte veçanërisht intensiv.
Ekipi analizoi spektrat e dritës së këtyre galaktikave. Spektri është mënyra se si drita ndahet sipas gjatësive të valëve të saj, duke u dhënë astronomëve informacion mbi përbërjen, temperaturën dhe lëvizjen e gazit.
Kur drita kalon përmes gazit, disa gjatësi valore përthithen nga atomet dhe jonet. Kjo krijon shenja të dallueshme në spektër, të cilat studiuesit mund t’i analizojnë për të përcaktuar shpejtësinë e lëvizjes së gazit.
Duke matur këto shenja, ekipi përcaktoi shpejtësinë e erërave galaktike dhe e krahasoi atë me sasinë e rrezatimit jonizues që arrinte të largohej nga galaktikat.
Rezultati ishte domethënës: sa më të shpejta të ishin erërat galaktike, aq më e vogël ishte pjesa e rrezatimit jonizues që arrinte të dilte.
Ky korrelacion nuk provon i vetëm çdo hollësi të mekanizmit fizik, por vë në pikëpyetje supozimin se erërat e fuqishme të supernovave e lehtësojnë domosdoshmërisht daljen e rrezatimit.
Yjet e rinj mund të kenë hapur rrugën përpara supernovave
Një nga përfundimet kryesore të studimit është se koha kur prodhohet rrezatimi mund të jetë po aq e rëndësishme sa edhe mekanizmat që ndryshojnë gazin përreth.
Yjet masivë dhe të rinj lëshojnë sasi të mëdha rrezatimi ultravjollcë, përfshirë fotone me energji të mjaftueshme për të jonizuar hidrogjenin. Këto fotone mund të fillojnë të largohen nga galaktika që në fazat e hershme të jetës së yjeve, përpara se shpërthimet e supernovave të krijojnë erëra të fuqishme.
“Vëzhgimet tona tregojnë se këto fotone po largohen përpara se të formohen erërat galaktike”, deklaroi Carr.
Sipas kësaj hipoteze, rrezatimi i yjeve të rinj mund të ketë gjetur rrugë përmes gazit përreth në një periudhë kur mjedisi galaktik ende nuk ishte riformuar nga shpërthimet e supernovave.
Më pas, kur supernovat shpërthenin dhe çlironin sasi të mëdha energjie, lëvizja e gazit mund të krijonte kushte që e vështirësonin daljen e një pjese të mëtejshme të rrezatimit.
Megjithatë, kjo nuk do të thotë se supernovat nuk kanë luajtur asnjë rol në rionizimin kozmik. Ato ndikojnë fuqishëm në evolucionin e galaktikave, shpërndarjen e gazit dhe formimin e yjeve. Studimi vë në diskutim kryesisht idenë se erërat e tyre janë mekanizmi që hap rrugën për daljen e rrezatimit jonizues.
Studiuesit theksojnë gjithashtu se erërat e krijuara nga yjet në shkallë më të vogël, në afërsi të zonave ku ato formohen, mund të luajnë një rol të rëndësishëm. Për këtë arsye, ekipi po kërkon mundësi për të kryer vëzhgime të mëtejshme me Hubble në galaktika të tjera.
Çfarë do të thotë ky zbulim për modelet e universit?
Gjetjet kanë rëndësi edhe për mënyrën se si shkencëtarët simulojnë evolucionin e universit.
Astronomët përdorin modele kompjuterike të njohura si simulime hidrodinamike kozmologjike për të rindërtuar formimin e galaktikave, lëvizjen e gazit dhe përhapjen e rrezatimit në universin e hershëm.
Në shumë prej këtyre simulimeve, supernovat zënë një vend të rëndësishëm në shpjegimin e mënyrës se si rrezatimi jonizues largohet nga galaktikat.
Por, nëse erërat e krijuara nga supernovat mund të pengojnë daljen e këtij rrezatimi, modelet duhet të marrin më shumë parasysh atë që ndodh përreth yjeve përpara shpërthimeve.
“Gjetjet tona nënvizojnë nevojën për të shqyrtuar se si rrezatimi dhe erërat nga yjet e rinj ndikojnë në gazin përreth përpara se të shpërthejnë supernovat e para”, deklaroi Renyue Cen, bashkautor i studimit, profesor dhe drejtor i Qendrës për Kozmologji dhe Astrofizikë Kompjuterike në Universitetin Zhejiang.
Kjo mund të ndihmojë në ndërtimin e modeleve më të sakta për të shpjeguar se si galaktikat e para kontribuuan në transformimin e universit.
Studimi hap rrugën për vëzhgime të reja
Megjithëse rezultatet sfidojnë një shpjegim të përdorur gjerësisht, studiuesit theksojnë nevojën për të vëzhguar më shumë galaktika dhe për të testuar nëse i njëjti mekanizëm shfaqet në kushte të ndryshme.
Një nga kufizimet kryesore është se vëzhgimet janë kryer në galaktika të afërta, jo drejtpërdrejt në galaktikat e para që ekzistonin gjatë periudhës së rionizimit. Galaktikat e afërta mund të ofrojnë të dhëna të vlefshme për proceset fizike, por kushtet e tyre nuk janë domosdoshmërisht identike me ato të universit të hershëm.
Për këtë arsye, studiuesit synojnë të zgjerojnë kampionin e galaktikave të vëzhguara me Hubble, për të përcaktuar më saktë marrëdhënien mes shpejtësisë së erërave galaktike dhe daljes së rrezatimit jonizues.
Studimi përfshin afro 30 bashkëpunëtorë nga më shumë se 12 institucione kërkimore në mbarë botën. Në të kontribuoi edhe Sally Oey, profesore e astronomisë në Universitetin e Miçiganit.
Rezultatet, të publikuara në revistën Nature Astronomy, nuk e zgjidhin ende plotësisht misterin e rionizimit kozmik, por ofrojnë një të dhënë të re të rëndësishme: drita që ndihmoi në transformimin e universit mund të ketë dalë nga galaktikat përpara se shpërthimet e supernovave të ndryshonin mjedisin përreth tyre.
Për astronomët, kjo do të thotë se për të kuptuar se si universi u bë i tejdukshëm ndaj dritës, nuk mjafton të studiohet vetëm fuqia e shpërthimeve yjore. Duhet të kuptohet edhe se si evoluon gazi përreth yjeve dhe në cilën fazë të jetës së galaktikave rrezatimi arrin të dalë në hapësirën ndërgalaktike.
