Το αρχικό Σύμπαν ρίχνει φως στον τρόπο με τον οποίο σχηματίσθηκαν τα στοιχεία

Από σελίδα του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στη Santa Cruz, 30 Απριλίου 2003

Νέες πληροφορίες από μια απόμακρη γωνία του Σύμπαντος μπορούν να οδηγήσουν σε μια πληρέστερη κατανόηση για το πώς δημιουργούνται τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα -- που αποτελούν όλη την γνωστή ύλη στο Σύμπαν. Μια ομάδα αστρονόμων έχει χρησιμοποιήσει το φως από ένα ισχυρό κβάζαρ (με ερυθρή μετατόπιση 2.63) για να αναλύσει τη σύνθεση ενός νέου γαλαξία με πρωτοφανείς λεπτομέρειες, βρίσκοντας στοιχεία που ποτέ πριν δεν είχαν ανιχνευτεί σε έναν τέτοιο μακρινό γαλαξία.

"Ποτέ δεν σκέφτηκε κανείς ότι θα βρίσκαμε βόριο, κασσίτερο, και μόλυβδο", λέει ο Jason Χ. Prochaska, αστρονόμος από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, στο Santa Cruz, που καθοδήγησε το πρόγραμμα. "Αυτή η ανακάλυψη ανοίγει ένα νέο τομέα της έρευνας".

Η τεχνική αυτή λειτουργεί μόνο για τους πολύ απόμακρους γαλαξίες, που συμβαίνουν να είναι στην ίδια ευθεία μεταξύ της Γης και ενός κβάζαρ, αναφέρει ο Prochaska, ένας βοηθός καθηγητής της αστρονομίας και της αστροφυσικής.

"Το κβάζαρ δίνει ένα μικρό παράθυρο όπου μπορούμε να κάνουμε αυτήν την παρατήρηση", εξήγησε.

Ο Prochaska και οι συνεργάτες του, Christopher Howk και Arthur Wolfe, αναφέρουν στο Nature της 1ης Μάιου ότι οι γαλαξίες σε αυτό το 'παράθυρο' παρέχουν πολύτιμες ενδείξεις για τη νουκλεονοσύνθεση, τη διαδικασία από την οποία σχηματίζονται τα στοιχεία.

Με τον καθορισμό των σχετικών ποσών των στοιχείων σε διαφορετικά κοσμικά αντικείμενα, οι αστρονόμοι μαθαίνουν για το πώς διάφορες αστροφυσικές διαδικασίες φτιάχνουν τα στοιχεία του περιοδικού πίνακα. Μόνο τα ελαφρύτερα στοιχεία -- υδρογόνο, ήλιο, και λίθιο -- θεωρούνται ότι έχουν διαμορφωθεί στις πρώτες στιγμές μετά από το Big Bang. Τα υπόλοιπα στοιχεία δημιουργούνται με συντήξεις μέσα στα αστέρια, όπου οι ακραίες θερμότητες και πυκνότητες ενθαρρύνουν τα ελαφρύτερα στοιχεία να κάνουν συντήξεις.

Τα αστέρια παράγουν διαφορετικά στοιχεία σε διαφορετικά στάδια των κύκλων της ζωής τους. Όταν τα αστέρια εκρήγνυνται προς σουπερνόβα, οι εκρήξεις δημιουργούν ακόμα περισσότερα και βαρύτερα στοιχεία. Οι υπερκαινοφανείς ρίχνουν προς το διάστημα τα βαριά στοιχεία που σχηματίσθηκαν τότε, ως διαστρικό αέριο. Αργότερα αυτό συμπυκνώνεται τελικά προς δημιουργία νέων άστρων και πλανητών. Άλλες διαδικασίες, όπως η δράση των κοσμικών ακτίνων, αποτελούν μια άλλη πηγή νουκλεοσύνθεσης.

Οι περισσότερες πληροφορίες για τη νουκλεοσύνθεση μέχρι σήμερα έχουν προέλθει από τις μελέτες των αστεριών στον Γαλαξία μας και μια χούφτα άλλων κοντινών γαλαξιών. Κάθε στοιχείο απορροφά και εκπέμπει το φως σε ένα ορισμένο μήκος κύματος. Με την ανάλυση της έντασης του φωτός που προέρχεται από τα αστέρια στα συγκεκριμένα μήκη κύματος, οι αστρονόμοι μπορούν να καθορίσουν τα σχετικά ποσά των στοιχείων που περιέχουν. Με αυτήν την παραδοσιακή προσέγγιση, το αστέρι και εκπέμπει και απορροφά το φως που οι αστρονόμοι αναλύουν.

Μια εναλλακτική τεχνική χρησιμοποιεί την απορρόφηση του φωτός από το διαστρικό αέριο για να μετρήσει τις στοιχειώδεις ποσότητες στο αέριο που γεμίζει το χώρο του Γαλαξία μας αλλά και άλλων γαλαξιών. Παραδείγματος χάριν, η ανάλυση του φωτός από ένα φωτεινό αστέρι στο Γαλαξία αποκαλύπτει στις 'υπογραφές' της απορρόφησης (σκοτεινές γραμμές του φάσματος απορρόφησης), όπως λένε οι αστρονόμοι, για τη σύνθεση του αερίου μεταξύ του αστεριού και της Γης.

Αυτή η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε άλλους γαλαξίες με τον προσδιορισμό ενός απόμακρου κβάζαρ, που βρίσκεται πίσω από το γαλαξία. Τα κβάζαρ είναι εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα που οι αστρονόμοι σκέφτονται ότι συσχετίζονται με ογκώδεις μαύρες τρύπες. Η τεχνική έχει εφαρμοστεί στο Γαλαξία μας και τους κοντινότερους γείτονές του, αλλά οι παρατηρήσεις είναι δύσκολες επειδή η πλειοψηφία των 'υπογραφών' απορρόφησης βρίσκονται στα υπεριώδη μήκη κύματος. Η γήινη ατμόσφαιρα ενεργεί σαν φίλτρο στο υπεριώδες φως, κι έτσι οι παρατηρήσεις απαιτούν τα ακριβά διαστημικά τηλεσκόπια.

Ειρωνικά, αυτή η τεχνική πραγματοποιείται ευκολότερα στους πολύ απόμακρους γαλαξίες. Κι αυτό επειδή η διαστολή του Σύμπαντος αναγκάζει τους γαλαξίες να απομακρύνονται τόσο γρήγορα, που το φως που εκπέμπουν μετατοπίζεται προς τα πιο μακρά μήκη κύματος (ερυθρή μετατόπιση). Οι γαλαξίες που είναι εξαιρετικά μακριά -- λένε οι αστρονόμοι, 10 δισεκατομμύρια έτη φωτός -- κινούνται με έναν τέτοιο ρυθμό που οι 'υπογραφές' απορρόφησης από τα στοιχεία τους μετατοπίζονται από την υπεριώδη περιοχή προς την ορατή περιοχή. Με την ανάλυση της υπογραφής του φωτός ενός απόμακρου κβάζαρ που διέρχεται μέσα από ένα γαλαξία, οι αστρονόμοι λαμβάνουν πληροφορίες ζωτικής σημασίας για τους γαλαξίες που είναι γενικά πάρα πολύ εξασθενημένοι για να παρατηρηθούν άμεσα.

Στο δημοσίευμα του Nature, ο Prochaska και οι συνεργάτες του περιγράφουν έναν νέο γαλαξία στον οποίο ήταν σε θέση να μελετήσουν τις υπογραφές πολλών διαφορετικών στοιχείων. Ο γαλαξίας είναι τόσο μακριά που το φως του έκανε πολλά δισεκατομμύρια έτη για να φθάσει στη Γη, με αυτόν τον τρόπο δίνοντας στους αστρονόμους μια εικόνα του παρελθόντος.

Η ομάδα του Prochaska βρήκε αρχικά το γαλαξία με τον προσδιορισμό μιας χαρακτηριστικής εμβύθισης (απορρόφησης) στο σήμα του κβάζαρ, που προκλήθηκε από το αέριο υδρογόνο του γαλαξία. Οι ερευνητές έψαξαν έπειτα για τις υπογραφές που προκλήθηκαν από άλλα στοιχεία. Με τη μέτρηση των εμβυθίσεων στις εντάσεις του φωτός στα αντίστοιχα μήκη κύματος, καθόρισαν τα σχετικά ποσά 25 διαφορετικών στοιχείων στο γαλαξία. Οι προηγούμενες παρατηρήσεις τέτοιων απόμακρων γαλαξιών έχουν παραγάγει πληροφορίες για λίγα μόνο στοιχείων.

"Πολλά από τα πρόσθετα στοιχεία μας δίνουν νέες πληροφορίες για τον τρόπο με τον οποίο σχηματίζονται στα αστέρια τα στοιχεία, για το πως διαμορφώνονται τα άστρα καθώς και την ηλικία του γαλαξία", λέει ο Prochaska. "Κάθε ένας από αυτούς τους τρεις τομείς είναι ένας βασικός κλάδος της αστροφυσικής, έτσι είμαστε σε θέση να καταλάβουμε και τους τρεις τομείς, είναι λοιπόν ιδιαίτερα συναρπαστικό επίτευγμα".

Οι αμερικανοί ερευνητές λένε ότι η ανακάλυψη βαριών στοιχείων όπως ο ψευδάργυρος σε έναν τέτοιο νέο γαλαξία δείχνει ότι τα αστέρια μπορούν να σχηματίσουν και να αρχίσουν να συνθέτουν στοιχεία γρηγορότερα από ότι θεωρούσαν παλιότερα.

Σε αυτόν τον γαλαξία, οι αναλογίες των στοιχείων είναι παρόμοιες με του Γαλαξία μας, για αυτό και ο Prochaska λέει ότι δεν υπάρχει τίποτα παράξενο στα ευρήματα. Οι διαφορές μεταξύ των δύο γαλαξιών είναι επίσης διδακτικές, ανεβάζοντας την ηλικία του νέου γαλαξία σε περίπου ένα έως δύο δισεκατομμύριο χρόνια, έναντι των 10 δισεκατομμυρίων ετών του δικού μας γαλαξία.

Οι ερευνητές ελπίζουν να μελετήσουν περισσότερους γαλαξίες με τον ίδιο τρόπο. Έχουν βρει ήδη έναν άλλο γαλαξία στον οποίο θα κάνουν παρατηρήσεις.

Οι έρευνες γίνονται από τα παρατηρητήρια Keck στο όρος Mauna Kea στη Χαβάη.