Astronomii detectează cel mai vechi praf de stele cunoscut din galaxia îndepărtată

Este posibil ca astronomii să fi observat unele dintre cele mai vechi praf de stele create vreodată în cosmos.

Astrofizicianul Nicolas Laporte de la University College London și colegii săi au detectat praful dintr-o galaxie văzută așa cum era atunci când universul avea doar 600 de milioane de ani. „Probabil vedem primul praf de stele din univers”, spune Laporte. Observațiile, publicate online pe 8 martie în Scrisori din jurnalul astrofizicar putea ajuta astronomii să învețe mai multe despre o perioadă timpurie cunoscută sub numele de reionizare cosmică, când radiația ultravioletă a îndepărtat electronii din atomii de hidrogen.

„Praful este omniprezent în galaxiile apropiate și mai îndepărtate, dar până de curând a fost foarte greu de detectat în universul foarte timpuriu”, spune Michal Michalowski, astrofizicianul de la Universitatea din Edinburgh, care nu a fost implicat în studiu. „Această lucrare prezintă cea mai îndepărtată galaxie pentru care a fost detectat praf.”

Galaxia, numită A2744_YD4, se află în spatele unui cluster de galaxii numit Abell 2744. Acest cluster acționează ca o lentilă gravitațională, mărind și luminând lumina galaxiei îndepărtate cu aproximativ un factor de doi. Laporte și colegii au observat galaxia cu ALMA, Atacama Large Millimeter/submillimeter Array din Chile, care a dezvăluit praful.

GRAVITY ASSIST Observațiile ALMA arată că galaxia A2744_YD4 (inserție) este bogată în praf. Poate fi studiată deoarece lumina sa este îndreptată gravitațional de clusterul de galaxii Abell 2744, afișat în centrul acestei imagini telescopului spațial Hubble. D. Coe/STScI, J. Merten/Universitatea din Heidelberg și Observatorul Astronomic din Bologna; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA, ESA, ESO

Praful dintr-o galaxie atât de îndepărtată provine din exploziile de supernove de stele masive care au fost printre cele mai timpurii stele din univers. Astronomii estimează că primele stele s-au format la aproximativ 400 de milioane de ani după Big Bang, care a avut loc acum 13,8 miliarde de ani. Laporte și colegii lui estimează că praful lui A2744_YD4, la 600 de milioane de ani după Big Bang, cântărește de aproximativ 6 milioane de ori masa soarelui. „Aceasta înseamnă că exploziile de supernove sunt capabile să producă cantități mari de praf foarte repede”, spune Michalowski.

Laporte și colegii au detectat, de asemenea, atomi de oxigen încărcați pozitiv sau ionizați și o semnătură de hidrogen, ceea ce sugerează că gazul galaxiei este ionizat.

Reionizarea cosmică a repornit complet universul, astfel încât atomii ionizați mai degrabă decât neutri au pătruns în spațiu. Înțelegerea acestei treceri de la atomii neutri la atomii ionizați oferă indicii despre cum au apărut stelele și galaxiile în universul timpuriu. Găsirea oxigenului ionizat într-o galaxie atât de îndepărtată „oferă dovezi că cel puțin o fracțiune din reionizarea cosmică a fost cauzată de galaxii precum A2744_YD4”, spune Michalowski.

Până acum, astronomii au trasat istoria timpurie a galaxiilor numărându-le și uitându-se la culorile lor, notează coautorul studiului Richard Ellis, un cosmolog aflat în prezent în concediu de la University College London de la Observatorul European de Sud. Observarea prafului din universul îndepărtat oferă o nouă rută pentru a determina când s-au format pentru prima dată cele mai vechi galaxii, pe baza abundenței de oxigen, siliciu și alte elemente mai grele pe care le conțin. Mai puține elemente grele ar indica galaxii din ce în ce mai tinere.

Detectarea oxigenului ionizat ar putea, de asemenea, să sugereze că o gaură neagră se ascunde în centrul lui A2744_YD4. Oxigenul ionizat, văzut de semnalul pe care îl emite în lungimi de undă milimetrică, poate fi dificil de generat doar din stele fierbinți tinere. O altă sursă puternică de radiații ionizante, cum ar fi o gaură neagră, poate fi necesară pentru a explica semnătura. „Din păcate, cu o singură linie de emisie, nu putem, cu siguranță, să pretindem că există o gaură neagră în A2744_YD4”, spune Ellis.