Badanie starożytnych, supermasywnych czarnych dziur zwanych kwazarami w celu oświetlenia wczesnego momentu, w którym można było po raz pierwszy zaobserwować galaktyki.
Dominika Ďurovčíková, doktorantka na Uniwersytecie im MITstara się zrozumieć najwcześniejsze momenty Wszechświata poprzez badanie odległych kwazarów – masywnych czarnych dziur, które emitują intensywne światło sprzed miliardów lat. Korzystanie z zaawansowanych narzędzi, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webbabada epokę rejonizacji, okres, w którym światło gwiazd i galaktyk po raz pierwszy przedostało się przez ciemne obłoki wodorowe powstałe po Wielki Wybuch.
Wizja gwiazd
Obserwując ze swojego miejsca przy oknie w centrum studenckim MIT tłumy ludzi spieszących wzdłuż Massachusetts Avenue, Dominika Ďurovčíková ma tylko jedno życzenie.
„Naprawdę chciałabym przekonać miasto, aby całkowicie wyłączyło światła, z wyjątkiem szpitali i innych miejsc, które ich potrzebują, tylko na godzinę” – mówi. „Niech ludzie zobaczą Droga Mlecznalub gwiazdy. To ma na ciebie wpływ. Zdajesz sobie sprawę, że jest coś więcej niż Twoje codzienne zmagania.
Podróż przez astrofizykę
Nawet mając za sobą całe życie wpatrywania się w kosmos – a ostatnie kilka lat spędziła na doktoracie pod kierunkiem profesorów Anny-Christiny Eilers i Roberta Simcoe w Kavli Institute for Astrophysics and Space Research na MIT – nadal wierzy w moc patrzenia w górę na nocne niebo gołym okiem.
Jednak przez większość czasu używa narzędzi o wiele potężniejszych. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zaczął dostarczać bogatych danych z ciał znajdujących się na samym krańcu Wszechświata, dokładnie tam, gdzie chce patrzeć. Dzięki danym z JSWT i naziemnych teleskopów Magellana w Chile Ďurovčíková poszukuje odległych kwazarów – starożytnych, supermasywnych czarnych dziur, które emitują intensywne ilości światła – a im dalej się znajdują, tym więcej dostarczają informacji na temat bardzo wczesny wszechświat.
Odkrywanie kosmicznych tajemnic
„Te obiekty są naprawdę bardzo jasne, a to oznacza, że są naprawdę przydatne do badania wszechświata z bardzo dużych odległości” – mówi. „Są jak latarnie z przeszłości, które wciąż możesz zobaczyć i które na tym etapie mogą ci powiedzieć coś o wszechświecie. To prawie jak archeologia.”
Jej ostatnie badania skupiały się na tak zwanej epoce rejonizacji. Jest to okres, w którym promieniowanie kwazarów, gwiazd, galaktyk i innych ciał emitujących światło mogło przedostać się przez ciemne obłoki atomów wodoru pozostałe po Wielkim Wybuchu i rozświetlić przestrzeń kosmiczną.
„Reionizacja była przejściem fazowym, podczas którego cała materia wokół galaktyk nagle stała się przezroczysta” – mówi. „W końcu mogliśmy zobaczyć światło, które w przeciwnym razie zostałoby pochłonięte przez obojętny wodór”.
Jednym z jej celów jest pomoc w odkryciu, co było przyczyną rozpoczęcia procesu rejonizacji. Chociaż społeczność astrofizyczna określiła luźne ramy czasowe, istnieje wiele pytań bez odpowiedzi dotyczących epoki rejonizacji i ona ma nadzieję, że jej kwazar badania mogą pomóc w rozwiązaniu niektórych z nich.
„Wielka nadzieja polega na tym, że znając czas rejonizacji, można będzie w pierwszej kolejności dowiedzieć się o źródłach, które ją spowodowały” – mówi. „Nie jesteśmy jeszcze na tym etapie, ale badanie kwazarów może być na to sposobem”.
Badanie kwazarów o dużym przesunięciu ku czerwieni
Kwazary, którymi Ďurovčíková była najbardziej zainteresowana, są klasyfikowane jako „o dużym przesunięciu ku czerwieni”. Przesunięcie ku czerwieni to miara tego, jak bardzo spadła częstotliwość fali, a w kontekście astrofizycznym można go wykorzystać do określenia, jak długo podróżowała fala światła i jak daleko znajduje się jej źródło, biorąc pod uwagę ekspansję wszechświata .
„Im większe przesunięcie ku czerwieni, tym bliżej początku wszechświata” – wyjaśnia Ďurovčíková.
Badania wykazały, że rejonizacja rozpoczęła się około 150 milionów lat po Wielkim Wybuchu, a około 850 milionów lat później ciemne chmury wodoru tworzące „ośrodek międzygalaktyczny” (ang. IGM) zostały w pełni zjonizowane.
W swojej najnowszej pracy Ďurovčíková zbadała zestaw 18 kwazarów, których światło zaczęło przemieszczać się między około 770 a 950 milionami lat po Wielkim Wybuchu. Ona i jej współpracownicy, w tym naukowcy z czterech różnych krajów, podzielili kwazary na trzy „kosze” na podstawie odległości, aby porównać ilość obojętnego wodoru w IGM w różnych epokach. Ilości te pomogły w uściśleniu terminu rejonizacji i potwierdziły, że dane z kwazarów są spójne z danymi z innych typów ciał.
„Historia, którą mamy do tej pory” – mówi Ďurovčíková – „jest taka, że w pewnym momencie przy przesunięciu ku czerwieni wynoszącym 5 lub 6 materia pomiędzy galaktykami została całkowicie zjonizowana. Nie jest jednak jasne, jaki typ gwiazdy lub jaki typ galaktyki jest bardziej odpowiedzialny za to globalne przejście fazowe, które wpłynęło na cały wszechświat.
Wpływ starożytnych czarnych dziur
Ściśle powiązany aspekt jej badań – i ten, który planuje głębiej zbadać podczas pisania swojej pracy magisterskiej – dotyczy przede wszystkim tego, jak powstały te kwazary. Są tak stare i tak masywne, że podważają obecne koncepcje dotyczące wieku Wszechświata. Generowane przez nie światło pochodzi z ogromnej siły grawitacyjnej, jaką wywierają na planetę osocze pochłaniają, a jeśli były już wystarczająco duże, aby to zrobić miliardy lat temu, to jak dawno temu zaczęły się formować?
„Te czarne dziury wydają się być zbyt masywne, aby wyhodować je w czasie, jaki zdają się wskazywać ich widma” – mówi. „Czy jest coś na naszej drodze, co przesłania resztę wzrostu? Badamy różne metody pomiaru ich czasu życia.”
Oczy skierowane w gwiazdy, stopy uziemione na ziemi
W międzyczasie Ďurovčíková pracuje również nad zachęceniem kolejnego pokolenia astrofizyków. Mówi, że miała szczęście, że miała zachęcających rodziców i mentorów, którzy pokazali jej ścieżki akademickie i zawodowe, o których nawet nie myślała, i jest współzałożycielką organizacji non-profit o nazwie Encouraging Women Across All Borders, aby robić to samo dla studentów na całym świecie.
„W swoim życiu zobaczysz wiele drzwi” – mówi. „Są drzwi, które zobaczysz, że są otwarte i są drzwi, które zobaczysz, że są zamknięte. Największą tragedią jest jednak to, że jest tak wiele drzwi, o których istnieniu nawet nie wiesz.”
Zna to uczucie aż za dobrze. Dorastanie na Słowacji oznaczało, że głównymi opcjami były studia albo w stolicy Bratysławie, albo w sąsiedniej Pradze. Czechy. Miłość do matematyki i fizyki zainspirowała ją jednak do zapisania się do programu International Baccalaureate i to właśnie w tym programie poznała nauczycielkę o imieniu Eva Žitná, która „zasiała ziarno”, które ostatecznie wysłało ją do Oksfordu na czteroletnie studia w Oksfordzie. roczny program magisterski.
„Już samo przebywanie w środowisku programu IB otworzyło przed nami możliwości, o których wcześniej nie myślałam” – mówi. „Zarówno moi rodzice, jak i ja zaczęliśmy rozmawiać z Žitną o tym, że może to być interesująca możliwość i w jakiś sposób jedno doprowadziło do drugiego”.
Chociaż wielką przyjemność sprawia jej prowadzenie uczniów tą samą ścieżką, którą kiedyś wybrała, równie satysfakcjonujące są dla niej chwile, gdy widzi, jak ludzie zdają sobie sprawę, jak duży jest wszechświat. Jako współdyrektor MIT Astrogazers była świadkiem wielu takich chwil. Pamięta, jak rozdawała okulary do zaćmienia na Festiwalu Nauki w Cambridge w ramach przygotowań do częściowego zaćmienia słońca, które miało miejsce w październiku ubiegłego roku, i pamięta dzieci i dorosłych z wyciągniętymi do góry szyjami i tym samym wyrazem zachwytu na twarzach.
„Powodem, dla którego się tym przejmuję, jest to, że wszyscy bardzo łatwo wpadamy w drobne rzeczy w życiu” – mówi. „Ruch jest do bani. T nie działa. Potem patrzysz w niebo i zdajesz sobie sprawę, że jest coś o wiele piękniejszego i znacznie większego niż te wszystkie małe rzeczy.
