Το σύμπαν παράγει λιγότερα αστρικά «μωρά». Τα τελευταία 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ο ρυθμός με τον οποίο σχηματίζονται νέα αστέρια έχει μειωθεί σε λιγότερο από το μισό του προηγούμενου επιπέδου. Ωστόσο, η παροχή ενός από τους πιο σημαντικούς τύπους «καυσίμου» για τον σχηματισμό των αστεριών έχει αλλάξει εκπληκτικά λίγο.
Η νέα έρευνα
Αυτό το εύρημα προέρχεται από μια διεθνή ερευνητική ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών (CAS), που συνεργάζονται με το έργο Φασματοσκοπικό Όργανο Σκοτεινής Ενέργειας (DESI). Χρησιμοποιώντας το σφαιρικό ραδιοτηλεσκόπιο διαφράγματος πεντακοσίων μέτρων (FAST) της Κίνας, οι ερευνητές πραγματοποίησαν ακριβείς μετρήσεις του κοσμικού ουδέτερου ατομικού υδρογόνου κατά τα τελευταία 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια.
Τα αποτελέσματά τους δείχνουν μια εντυπωσιακή αναντιστοιχία. Ο σχηματισμός των αστεριών έχει μειωθεί απότομα, ενώ η ποσότητα του ουδέτερου ατομικού υδρογόνου (HI), μιας σημαντικής δεξαμενής αερίου μέσα στους γαλαξίες, έχει μειωθεί μόνο μέτρια.
Γιατί το Σύμπαν Δημιουργεί Λιγότερα Άστρα;
Η κατανόηση του γιατί ο σχηματισμός των αστεριών έχει γίνει λιγότερο ενεργός καθώς το σύμπαν γερνάει είναι ένα σημαντικό ερώτημα στην έρευνα για τον σχηματισμό και την εξέλιξη των γαλαξιών. Μια φαινομενικά απλή εξήγηση είναι ότι οι γαλαξίες έχουν σταδιακά καταναλώσει το ψυχρό αέριο που απαιτείται για την παραγωγή αστεριών.
Αν η μείωση των αποθεμάτων ψυχρού αερίου ήταν η κύρια αιτία, οι αστρονόμοι θα περίμεναν ότι η δραματική πτώση στον σχηματισμό των αστεριών θα συνοδευόταν από μια παρόμοια μεγάλη μείωση του διαθέσιμου αερίου. Μέχρι στιγμής, οι παρατηρήσεις δεν έχουν δείξει τόσο απότομη εξάντληση.
Το HI παίζει κεντρικό ρόλο σε αυτό το παζλ. Είναι μια σημαντική δεξαμενή ψυχρού αερίου μέσα στους γαλαξίες, συνδέοντας την ευρύτερη κοσμική παροχή αερίου με τις διαδικασίες που τελικά παράγουν νέα αστέρια. Οι αστρονόμοι ανιχνεύουν κυρίως το HI μέσω της εξαιρετικά αμυδρής γραμμής εκπομπής ραδιοκυμάτων 21 εκατοστών.
Η ανίχνευση αυτού του σήματος από μακρινούς γαλαξίες είναι δύσκολη επειδή συχνά κατακλύζεται από θόρυβο υποβάθρου.
Έρευνα FAST και DESI Εκατομμύρια Γαλαξίες
Για χρόνια, οι αστρονόμοι αντιμετώπιζαν μια σημαντική παρατηρησιακή πρόκληση. Οι πολύ βαθιές έρευνες μπορούσαν να επιτύχουν την απαραίτητη ευαισθησία, αλλά δεν μπορούσαν να εξετάσουν μεγάλες περιοχές του ουρανού. Οι έρευνες που καλύπτουν πολύ μεγαλύτερες περιοχές, εν τω μεταξύ, γενικά δεν είχαν την ευαισθησία που απαιτείται για την ανίχνευση τέτοιων αμυδρών ραδιοσημάτων.
Ως αποτέλεσμα, οι επιστήμονες δυσκολεύονται να προσδιορίσουν άμεσα και αξιόπιστα πώς έχει αλλάξει η συνολική μάζα HI του σύμπαντος σε όλο το σύμπαν με χαμηλή έως ενδιάμεση μετατόπιση προς το ερυθρό.
Η νέα έρευνα αντιμετώπισε αυτό το πρόβλημα συνδυάζοντας την εξαιρετική ραδιοευαισθησία του FAST με το τεράστιο σύνολο δεδομένων οπτικής φασματοσκοπίας που παρέχεται από το DESI. Η ομάδα μελέτησε περίπου 2,5 εκατομμύρια γαλαξίες που διασκορπίστηκαν σε σχεδόν το ένα τρίτο του ουρανού.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια μέθοδο φασματικής στοίβαξης HI για να συνδυάσουν ραδιοσήματα που θα ήταν πολύ αμυδρά για να ανιχνευθούν μεμονωμένα. Χρησιμοποιώντας ακριβείς μετρήσεις της μετατόπισης προς το ερυθρό κάθε γαλαξία, ευθυγράμμισαν τα ασθενή σήματα και τα στοίβαξαν μαζί. Αυτή η διαδικασία επέτρεψε στο μέσο σήμα HI να αναδυθεί από τον θόρυβο υποβάθρου.
Η προσέγγιση επέτρεψε στους επιστήμονες να παρακολουθήσουν τις αλλαγές στο κοσμικό ουδέτερο υδρογόνο χρησιμοποιώντας ένα δείγμα πρωτοφανούς μεγέθους και με εξαιρετικά υψηλή στατιστική ακρίβεια.
Ο σχηματισμός των αστεριών έγινε πολύ πιο γρήγορα από το υδρογόνο
Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν μια σημαντική διαφορά μεταξύ της εξέλιξης του σχηματισμού των αστεριών και της παροχής ουδέτερου υδρογόνου. Πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια, ο ρυθμός σχηματισμού των κοσμικών αστεριών ήταν περίπου 2,5 φορές υψηλότερος από ό,τι είναι σήμερα. Κατά την ίδια περίοδο, ωστόσο, η πυκνότητα του ουδέτερου ατομικού υδρογόνου ήταν μόνο περίπου 1,4 φορές υψηλότερη από το τρέχον επίπεδό της.
Με άλλα λόγια, ο σχηματισμός των άστρων μειώθηκε δραματικά χωρίς μια συγκρίσιμη εξαφάνιση του αποθέματος HI του σύμπαντος. Τα ευρήματα δείχνουν ότι η ταχεία εξάντληση του ουδέτερου υδρογόνου δεν μπορεί από μόνη της να εξηγήσει γιατί ο σχηματισμός των άστρων έχει μειωθεί τόσο έντονα.
Το Κοσμικό Μυστήριο Μετατοπίζεται
Σύμφωνα με τους ερευνητές, τα αποτελέσματα αλλάζουν το κεντρικό ερώτημα από το "αν το αέριο εξαντλείται" στο "γιατί είναι όλο και πιο δύσκολο να σχηματιστούν άστρα παρά τα άφθονα αποθέματα ουδέτερου υδρογόνου".
Τα άστρα δεν σχηματίζονται απευθείας από το μεγαλύτερο μέρος του ουδέτερου ατομικού υδρογόνου. Γεννιούνται κυρίως μέσα σε πολύ πυκνότερα νέφη μοριακού αερίου. Το ουδέτερο ατομικό υδρογόνο καταλαμβάνει μια σημαντική ενδιάμεση θέση μεταξύ της μεγαλύτερης παροχής αερίου του σύμπαντος και του μοριακού υδρογόνου που μπορεί τελικά να τροφοδοτήσει τον σχηματισμό των άστρων.
Οι ερευνητές προτείνουν ότι οι πιο σημαντικές αλλαγές στο πιο πρόσφατο σύμπαν μπορεί να αφορούν τον τρόπο με τον οποίο το αέριο κινείται μέσω του κύκλου των βαρυονίων και όχι το πόσο HI υπάρχει συνολικά.
Καθώς η ροή αερίου από τον κοσμικό ιστό γίνεται ασθενέστερη και οι πυκνότητες αερίου μειώνονται, οι γαλαξίες μπορεί να γίνουν λιγότερο αποτελεσματικοί στη μετατροπή του HI σε μοριακό υδρογόνο. Υπό αυτό το σενάριο, η συνολική δεξαμενή HI μπορεί να παραμείνει σχετικά σταθερή, ενώ τα αποθέματα του μοριακού αερίου που είναι άμεσα υπεύθυνο για τη δημιουργία των αστεριών μειώνονται σταδιακά.
Γιατί τα Εργοστάσια Αστεριών του Σύμπαντος Εξασθενίζουν
Οι επιπτώσεις, επομένως, εκτείνονται πέρα από τον απλό προσδιορισμό της ποσότητας υδρογόνου που υπάρχει στο σύμπαν. Τα ευρήματα... μια σημαντική νέα ένδειξη για το γιατί οι τεράστιες μηχανές σχηματισμού άστρων του σύμπαντος έχουν σταδιακά επιβραδυνθεί.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, ο συνδυασμός παρατηρήσεων από το FAST και το DESI παρέχει ένα νέο παρατηρησιακό σημείο αναφοράς για τη μελέτη του κοσμικού κύκλου αερίων κατά τη διάρκεια της μεταγενέστερης εξέλιξης του σύμπαντος, της μακροπρόθεσμης μείωσης του σχηματισμού άστρων και των ευρύτερων διεργασιών που διαμορφώνουν τους γαλαξίες.
www.worldenergynews.gr
