Įsivaizduokite receptų knygą, pilną ingredientų, ir orkaitę, kuri nebeparuošia anksčiau gamintų patiekalų. Receptas neišnyko. Sandėlis liko užpildytas. Vis dėlto vakarienė staiga tapo reta.
Kai kosminė krosnis sulėtėja
Astronomai jau seniai žinojo, kad Visata prieš milijardus metų kurdavo žvaigždes daug aktyviau nei dabar. Žvaigždžių formavimasis pasiekė piką tolimame praeityje ir nuo to laiko smarkiai sumažėjo. Per pastaruosius maždaug 4,5 milijardo metų globalus naujų žvaigždžių formavimo greitis nukrito iki mažiau nei pusės to, koks buvo anksčiau. Tai didelis pokytis. Jis taip pat gluminantis, nes viena iš žvaigždžių žaliavų, neutrali atominis vandenilis, nesumažėjo tokiu pat tempu.
Neutrali atominis vandenilis, paprastai žymimas HI, yra difuzinis, šaltas dujų kiekis, užpildantis galaktikų rezervuarus. Jis spinduliuoja silpną radijo signalą 21 centimetrų bangos ilgiu. Išklausyti tą šnabždesį per kosminius atstumus sudėtinga. Fonas triukšmingas. Teleskopai su dideliu jautrumu gali užčiuopti silpnus tonus, bet dažniausiai tik siaurose dangaus plokštumose. Plataus masto apžvalgos mato daugiau dangaus, bet praleidžia tyliausius signalus. Šis stebėjimo kompromisas paliko spragą mūsų supratime apie tai, kaip HI kito mažo iki vidutinio poslinkio Visatoje.
Kaip du instrumentai užpildė spragą
Siekdama užpildyti šią spragą, Kinijos mokslų akademijos tyrėjų vadovaujama komanda sujungė stebėjimus iš dviejų papildančių projektų: Penkių šimtų metrų apertūros sferinis radijo teleskopas, žinomas kaip FAST, ir Tamsiosios energijos spektroskopinis instrumentas, DESI. Strategija idėjiškai buvo paprasta, tačiau reikalavo daug pastangų. Naudoti DESI tiksliam milijonų galaktikų raudonųjų poslinkių matavimui. Naudoti FAST jų 21 centimetrų spinduliavimui užfiksuoti. Sudėti daugybę silpnų radijo spektrų, sulyginus pagal raudonąjį poslinkį, kol signalas pakils virš triukšmo.
Sluoksniavimas silpnų signalų
Sluoksniavimas yra elegantiškas. Vienos tolimos galaktikos HI spinduliavimas paprastai per silpnas, kad būtų aptiktas. Bet milijonai galaktikų prisideda mažais informacijos gabalėliais. Kai tie gabaliukai yra perkelti į tą patį poilsinį rėmą ir sudedami, išryškėja vidutinė HI profilis. Komanda ta technika pritaikė maždaug 2,5 milijono galaktikų, apimančių beveik trečdalį dangaus. Sujungtas duomenų rinkinys pateikė tiksliausią iki šiol matavimą, kaip neutralaus atominio vandenilio tankis kito per paskutinius 4,5 milijardo metų.
Antraštė buvo netikėta. Maždaug prieš 4,5 milijardo metų Visata formavo žvaigždes maždaug 2,5 karto didesniu tempu nei dabar. Tačiau HI tankis tais laikais buvo tik apie 1,4 karto didesnis nei šiandien. Paprastai tariant: žvaigždžių formavimasis sumažėjo daug greičiau nei neutralaus vandenilio rezervuaras.
Kodėl mažiau žvaigždžių, nors kuro nepritrūko?
Toks neatitikimas verčia pakeisti pagrindinį klausimą. Nebeužtenka klausti, ar galaktikos paprasčiausiai išsekė dujų. Reikia klausti, kodėl dujos, kurios vis dar egzistuoja, nesisualuoja į žvaigždes. Atsakymas, atrodo, slypi tame, kaip dujos juda ir transformuojasi galaktikose bei aplink jas, t. y. ilgalaikis bariono ciklas, reguliuojantis medžiagos tekėjimą iš kosminio tinklo į haloes, atšalimą, perėjimą į molekulines formas ir galiausiai susitraukimą į žvaigždes.
Žvaigždės nesiformuoja tiesiogiai iš difuzinio HI. Joms reikalingi tankūs molekuliniai debesys, daugiausia H2. HI veikia kaip tarpinė fazė, tam tikra laikina saugykla tarp didelio masto tiekimo ir smulkiųjų žvaigždžių gimimo vietų. Jei HI virtimo į molekulinį vandenilį tempai sumažėja, žvaigždžių formavimasis atsiliks, net jei HI lieka gausus.
Kodėl toks perėjimas galėtų sulėtėti? Keli fizikiniai procesai gali prisidėti. Kosminis šviežių dujų priėjimas per tarpgalaktines pluoštes galėjo sumažėti struktūroms subrendus. Šildymo procesai — supernovų sukelti vėjai, aktyvių galaktikų branduoliai arba šiltesnė aplinkogalaktinė terpė — gali trukdyti dujoms atšalti ir kondensuotis. Aplinkos veiksniai, tokie kaip sąveikos, nuplėšimas arba tankios fazės slėgio sumažėjimas, gali sumažinti molekulinių dujų dalį. Bet kuris šių efektų derinys leistų HI rezervuarams išlikti, tuo pačiu užkirsdamas kelią molekulinių, žvaigždžių formavimą palaikančių dujų tiekimui.
Plačios pasekmės galaktikų evoliucijai
Šie matavimai daro daugiau nei išspręsti skaitinę neatitikimą. Jie nukreipia teorinius tyrimus. Modeliai, paaiškinantys vėlyvojo laiko žvaigždžių formavimosi mažėjimą, dabar turi atkurti situaciją, kurioje HI yra santykinai stabili, o molekulinės dujos ir žvaigždžių formavimasis mažėja. Tai apriboja grįžtamojo ryšio efektyvumą, dujų pritekėjimo laiką ir kiekį bei debesų formavimosi mikrofyziją galaktikų viduje.
Naujas FAST ir DESI etalonas suteikia atskaitos tašką simuliacijoms ir kitiems stebėjimo projektams. Pavyzdžiui, radijo apžvalgos, planuojamos su Kvadratinių kilometrų masyvu (SKA), tirs HI dar didesnėse apimtyse ir giliau. Millimetro bangų prietaisai, tokie kaip ALMA ir būsimi instrumentai, stebės molekulinę komponentę tiesiogiai, leidžiant tyrėjams patikrinti, ar H2 dalis, palyginti su HI, išties mažėja su laiku, kaip siūlo šis tyrimas.
Eksperto įžvalga
"Daugelį mūsų nustebino, koks švelnus atrodo HI tankio sumažėjimas, palyginti su dramatišku žvaigždžių formavimosi kritimu", sako dr. Elena Marquez, astrofizikė Europos Pietų observatorijoje. "Tai pasako istoriją, kurioje galaktikos laiko savo žaliavą, bet palaipsniui praranda gebėjimą ją perdirbti į žvaigždes. Išsiaiškinti kamštį, ar tai pritekėjimas, atšalimas ar grįžtamasis ryšys, dabar yra esminis kitas žingsnis."
Dr. Marquez priduria, kad būtina derinti daugiaspektrinius duomenis. "Reikia optinių raudonųjų poslinkių, gilaus radijo jautrumo ir molekulinių žymenų kartu. Kiekvienas stebi skirtingą dujų gyvenimo skyrių. Tik tada galėsime perskaityti visą galaktikų užgesimo naratyvą."
Ateities perspektyvos ir technologijos
Tyrimas demonstruoja praktišką kelią į priekį: susieti milžiniškus optinio spektroskopinio katalogus su giliomis radijo stebėjimų programomis ir taikyti statistines technikas signalams, esančius žemiau atskirų aptikimų slenksčio, išgauti. Tas pats požiūris turėtų išsiplėsti, kai apžvalgos didės. DESI toliau braižys milijonus papildomų galaktikų raudonųjų poslinkių. FAST ir toliau kaupys jautrius radijo spektrus. Tuo pat metu instrumentai, orientuoti į CO ir kitas molekulines linijas, parodys, ar prognozuojamas molekulinių dujų mažėjimas yra realus ir plačiai paplitęs.
Patobulintos simuliacijos, apimančios realistišką pritekėjimų, grįžtamojo ryšio ir daugiapakopės taragalaktinės terpės tvarkymą, bus vertinamos pagal šiuos stebėjimo etalonus. Jei modeliai negalės atkurti didelio HI rezervuaro kartu su mažėjančiomis H2 ir žvaigždžių formavimusi, mūsų supratymas apie bariono ciklą turės keistis.
Išvados
Visata vis dar saugo daug kuro, reikalingo žvaigždžių kūrimui, bet ji tapo mažiau efektyvi konvertuojant tą kurą į šviesias žvaigždžių populiacijas. Sujungta FAST ir DESI analizė persvarsto problemą: vėlyvojo laiko kosminis žvaigždžių formavimosi sulėtėjimas nėra tiesiog dėl vandenilio išsekmės. Tai susiję su besikeičiančiais dujų srautais ir fazių perėjimais galaktikų viduje. Duomenys suteikia naują teorinį atskaitos tašką ir nurodo kelią į kitus stebėjimų projektus, kurie patikrins, kodėl kosminė virtuvė nebekuria tiek daug naujų žvaigždžių.
Palikti komentarą
Komentarai
Komentarų dar nėra. Būkite pirmas.