אסטרונומים מאוניברסיטת רוטגרס השתמשו בטלסקופ החלל ג'יימס ווב כדי לחקור את גלקסיית וולף-לונדמרק-מלוט, וחשפו את ההיסטוריה של היווצרות כוכבים ביקום המוקדם. הממצאים שלהם מציעים תובנות חדשות לגבי האופן שבו גלקסיות מתפתחות ותפקידה של הטמפרטורה בהיווצרות כוכבים. קרדיט: נאס"א
אסטרונום רוטגרס מחפש רמזים על היקום המוקדם.
באמצעות מערכי נתונים מסיביים שנאספו באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א, צוות מחקר בראשות אסטרונום מאוניברסיטת רוטגרס-ניו ברונסוויק חושף רמזים לתנאים הקיימים ביקום המוקדם.
הצוות קיטלג את גילאי הכוכבים בגלקסיית וולף-לונדמרק-מלוט (WLM), ובנה את התמונה המפורטת ביותר שלה עד כה, על פי החוקרים. WLM, שכנה של שביל החלבהוא מרכז פעיל להיווצרות כוכבים הכולל כוכבים עתיקים שנוצרו לפני 13 מיליארד שנים.
חפירה ארכיאולוגית דרך הקוסמוס
"בהסתכלות כה עמוקה וראייה כה ברורה, הצלחנו, ביעילות, לחזור אחורה בזמן", אמרה קריסטן מקווין, עוזרת פרופסור במחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה בבית הספר לאמנויות ומדעים, שהובילה את מחקר, המתואר ב כתב עת אסטרופיזי. "אתה בעצם יוצא לסוג של חפירה ארכיאולוגית, כדי למצוא את הכוכבים במסה נמוכה מאוד שנוצרו בתחילת ההיסטוריה של היקום."
מקווין זיכה את צביר המחשוב בעל הביצועים הגבוהים של Amarel המנוהל על ידי משרד רוטגרס למחשוב מחקר מתקדם על כך שאיפשר לצוות לחשב את ההיסטוריה של התפתחות הכוכבים של הגלקסיה. היבט אחד של המחקר כלל לקיחת חישוב מסיבי אחד וחזרה עליו 600 פעמים, אמר מקווין.
מאמץ החישוב הגדול עזר גם לאשר כיולים בטלסקופים ונהלי עיבוד נתונים שיועילו לקהילה המדעית הרחבה יותר, היא הוסיפה.
שתי תצוגות של חלק מגלקסיית WLM, האחת צולמה על ידי טלסקופ החלל האבל של נאס"א (משמאל), השנייה על ידי טלסקופ החלל ג'יימס ווב שלה. קרדיט: מדע: נאס"א, ESA, CSA, IPAC, קריסטן מקווין (RU), עיבוד תמונה: Zolt G. Levay (STScI), אליסה פגן (STScI)
החשיבות של גלקסיות במסה נמוכה
מה שמכונה גלקסיות "מסה נמוכה" מעניינים במיוחד את מקווין. מכיוון שמאמינים שהם שלטו ביקום המוקדם, הם מאפשרים לחוקרים לחקור את היווצרותם של כוכבים, את התפתחות היסודות הכימיים ואת השפעת היווצרות הכוכבים על הגז והמבנה של גלקסיה. חלשים ומפוזרים על פני השמים, הם מהווים את רוב הגלקסיות ביקום המקומי. טלסקופים מתקדמים כמו Webb מאפשרים למדענים מבט מקרוב.
WLM – גלקסיה "לא סדירה", כלומר אין לה צורה ברורה, כגון ספירלה או אליפסה – התגלתה על ידי האסטרונום הגרמני מקס וולף בשנת 1909 ואופיינה בפירוט רב יותר בשנת 1926 על ידי האסטרונום השבדי קנוט לונדמרק והאסטרונום הבריטי. פיליבר ז'אק מלוט. הוא ממוקם בפאתי הקבוצה המקומית, קבוצת גלקסיות בצורת משקולת הכוללת את שביל החלב.
היותו בקצה של הקבוצה המקומית הגן על WLM מפני פגעי ההתערבות עם גלקסיות אחרות, והותיר את אוכלוסיית הכוכבים שלה במצב בתולי ושימושי למחקר, ציין מקווין. WLM גם מעניין אסטרונומים מכיוון שזו מערכת דינמית ומורכבת עם הרבה גז, המאפשרת לה ליצור כוכבים באופן פעיל.
היווצרות כוכבים בגלקסיית WLM
כדי לנסח את היסטוריית היווצרות הכוכבים של הגלקסיה – הקצב שבו כוכבים נולדו על פני תקופות זמן שונות ביקום – מקווין והצוות שלה השתמשו בטלסקופ כדי להתאפס בקפידה על רצועות שמיים המכילות מאות אלפי כוכבים בודדים. כדי לקבוע את גילו של כוכב, הם מדדו את צבעו – פרוקסי לטמפרטורה – ואת בהירותו.
"אנחנו יכולים להשתמש במה שאנחנו יודעים על התפתחות הכוכבים ובמה שהצבעים והבהירות האלה מצביעים כדי להזדקן בעצם את כוכבי הגלקסיה", אמר מקווין, והוסיף אז החוקרים ספרו את הכוכבים בגילאים שונים ומיפו את שיעור הילודה של כוכבים לאורך ההיסטוריה של היקום. "מה שמגיע לך הוא תחושה של בן כמה המבנה הזה שאתה מסתכל עליו."
קטלוג הכוכבים באופן זה הראה לחוקרים כי יכולות ייצור הכוכבים של WLM נחלשו וזלגו עם הזמן. תצפיות הצוות, המאשרות הערכות קודמות של מדענים המשתמשים ב- טלסקופ החלל האבל, מראים שהגלקסיה ייצרה כוכבים בתחילת ההיסטוריה של היקום במשך תקופה של 3 מיליארד שנים. הוא נעצר לזמן מה, ואז נדלק מחדש.
מקווין אמרה שהיא מאמינה שההפסקה נגרמה מתנאים ספציפיים ליקום המוקדם.
"היקום אז היה ממש חם", אמרה. "אנחנו חושבים שהטמפרטורה של היקום בסופו של דבר חיממה את הגז בגלקסיה הזו, וסוג של כיבה את היווצרות הכוכבים לזמן מה. תקופת ההתקררות נמשכה כמה מיליארדי שנים ואז היווצרות הכוכבים המשיכה שוב".
המחקר הוא חלק מ נאס"אתוכנית השחרור המוקדם של, שבה מדענים ייעודיים עובדים עם המכון למדע טלסקופ החלל ועורכים מחקר שנועד להדגיש את היכולות של ווב ולעזור לאסטרונומים להתכונן לתצפיות עתידיות.
נאס"א שיגרה את טלסקופ ווב בדצמבר 2021. המכשיר בעל המראה הגדול מקיף את השמש במרחק של מיליון קילומטרים מכדור הארץ. מדענים מתחרים על הזמן על הטלסקופ כדי ללמוד שורה של נושאים, כולל תנאי היקום המוקדם, ההיסטוריה של מערכת השמש וחיפוש אחר כוכבי לכת חיצוניים.
"יש הרבה מדע שהולך לצאת מהתוכנית הזו שעדיין לא בוצע", אמר מקווין.
חוקרים אחרים של רוטגרס על המחקר כללו את מקס ניומן, דוקטורנט, ואת רוג'ר כהן, עמית פוסט-דוקטורט, שניהם במחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה, בית הספר לאמנויות ומדעים של רוטגרס.
מדענים אחרים המעורבים במחקר הם ממוסדות כולל: אוניברסיטת קליפורניה-ברקלי; רייתאון טכנולוגיות; אוניברסיטת אריזונה; ה אוניברסיטת וושינגטון; המכון למדע טלסקופ החלל בבולטימור, מד.; Instituto Nazionale di Astrofisica Osservatorio Astronomico ברומא, איטליה; מרכז הנתונים למדעי החלל, רומא, איטליה; אוניברסיטת טסמניה, אוסטרליה; אוניברסיטת ייל; אוניברסיטת ג'ונס הופקינס; אוניברסיטת וירג'יניה; אוניברסיטת קליפורניה-סן דייגו; אוניברסיטת מינסוטה; אוניברסיטת מרילנד; אוניברסיטת טקסס-אוסטין; והמצפה האסטרונומי של פדובה, פדובה, איטליה.
