Naukowcy odkryli nowy, ekscytujący sposób odkrywania powstawania gwiazd poprzez badanie ich spektakularnych śmierci.
Wykorzystując dane pochodzące z eksplodujących gwiazd, takich jak supernowe i rozbłyski gamma, badacze mogą teraz obliczyć masę gwiazd w regionach Wszechświata zbyt odległych, aby można je było obserwować bezpośrednio. Ten przełom wskazuje na uniwersalny wzór narodzin gwiazd, a teoria ta wkrótce zostanie przetestowana za pomocą najnowocześniejszych teleskopów, takich jak JWST i Euclid.
Innowacyjne badania nad powstawaniem gwiazd
Niedawna publikacja opublikowana w Wszechświat przedstawia przełomowe podejście do badania gwiazd, śledzenia ich pochodzenia poprzez badanie ich śmierci. Metoda ta umożliwia badaczom wyprowadzenie początkowej funkcji masy (MFW) — rozkład mas gwiazd po ich powstaniu — z wykorzystaniem danych dotyczących supernowych i rozbłysków gamma. Stosując szeroko stosowaną technikę obliczeniową do estymacji parametrów, naukowcom z powodzeniem obliczono IMF w odległych rejonach kosmosu, daleko poza zasięgiem obserwacji teleskopowych.
Badanie przeprowadzone przez zespół ze Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) w Trieście, Narodowy Instytut Fizyki Jądrowej (INFN), Instytut Podstawowej Fizyki Wszechświata (IFPU) i Narodowy Instytut Astrofizyki (INFN) INAF) odkrył, że MFW w tych odległych regionach bardzo przypomina MFW obserwowany w pobliskich częściach Wszechświata.
Dowody na istnienie uniwersalnego MFW
To niezwykłe podobieństwo sugeruje możliwość istnienia uniwersalnego IMF – spójnego wzorca powstawania gwiazd w całym kosmosie. Przyszłe obserwacje z zaawansowanych teleskopów, takich jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) i Euclid przetestują i potencjalnie potwierdzą tę intrygującą hipotezę.
„Wszystkie populacje gwiazd obserwowane w naszym sąsiedztwie wydają się wykazywać zaskakująco podobną funkcję masy początkowej (IMF). Może to wskazywać, że IMF jest uniwersalną stałą powstawania gwiazd w dowolnym regionie Wszechświata. Niestety ograniczenia instrumentalne uniemożliwiają naukowcom badanie populacji gwiazd poza lokalnym Wszechświatem w celu sprawdzenia uniwersalności MFW” – wyjaśnia Francesco Gabrielli, badacz i autor badania, wraz z Andreą Lapi i Mario Sperą.
Powstawanie gwiazd to jeden z najbardziej fascynujących procesów we Wszechświecie, zachodzący w gęstych wewnętrznych obszarach galaktyk w wyniku zapadania się i fragmentacji obłoków gazu molekularnego. Kiedy masa gazu staje się wystarczająco gorąca i gęsta, zaczyna spalać wodór i świecić: wtedy rodzi się gwiazda.
Supernowe i rozbłyski gamma stosowane do obliczania MFW
Nowe badania rozpoczęły się od spojrzenia wstecz, a dokładniej od wiedzy, że przebieg życia gwiazdy zależy od jej masy. Masywne gwiazdy kończą swoje życie w spektakularnych eksplozjach zwanych supernowymi. Uważa się, że niektóre supernowe wyrzucają strumień materiału o dużej prędkości, który emituje promienie gamma w tak zwanym „rozbłysku gamma”. Ponieważ wystąpienie określonego rodzaju eksplozji zależy od masy gwiazdy, to liczba takich eksplozji zachodzących we Wszechświecie będzie zależała od liczby tworzących się gwiazd o odpowiedniej masie – innymi słowy od MFW.
Francesco Gabrielli wyjaśnia: „Moja grupa i ja opracowaliśmy w oparciu o te rozważania nową metodę określania MFW poza lokalnym Wszechświatem. W szczególności zastosowaliśmy metodę obliczeniową, która jest w rzeczywistości dość powszechna, ale została teraz zastosowana po raz pierwszy do odtworzenia liczby supernowych i rozbłysków gamma obserwowanych we Wszechświecie. Ponieważ wielkości te zależą ściśle od MFW, pozwoliło nam to precyzyjnie określić formę MFW, która najlepiej odzwierciedla obserwacje”.
Testowanie poprzez obserwację
Stosując to podejście po raz pierwszy, naukowcom udało się opracować nową metodologię określania MFW. Szczególnie fascynującym odkryciem było to, że IMF obliczony dla odległego Wszechświata był zaskakująco podobny do tego zmierzonego we Wszechświecie lokalnym, co dostarczyło możliwych dowodów na istnienie uniwersalnego MFW.
Gabrielli podsumowuje: „To ekscytujący czas dla astrofizyków, ponieważ wiele nowych teleskopów, takich jak JWST i Euclid, zaczyna teraz prowadzić obserwacje. W rezultacie w nadchodzących latach spodziewana jest wyjątkowa liczba obserwacji supernowych i rozbłysków gamma. To będzie ekscytujące zobaczyć, co to nowe bogactwo danych może nam powiedzieć o MFW i jego powszechności. Głębsze zrozumienie MFW doprowadziłoby do ważnych postępów w różnych obszarach astrofizyki, w tym w powstawaniu i ewolucji gwiazd, chemicznym wzbogacaniu Wszechświata oraz obserwacjach gwiazd. fale grawitacyjne emitowane przez zderzające się czarne dziury.”
Odniesienie: „Ograniczenie początkowej funkcji masy poprzez stany nieustalone” autorstwa Francesco Gabrielli, Lumen Boco, Giancarlo Ghirlanda, Om Sharan Salafia, Ruben Salvaterra, Mario Spera i Andrea Lapi, 28 września 2024 r., Wszechświat.
DOI: 10.3390/wszechświat10100383
