დიდი აფეთქებიდან სულ რაღაც რამდენიმე ასეული მილიონი წლის შემდეგ, კოსმოსური განთიადის დროს, კაშკაშა გალაქტიკებმა სამყარო მოსალოდნელზე გაცილებით დიდი რაოდენობით დაასახლეს. JWST ტელესკოპმა აჩვენა, რომ ამ გალაქტიკებმა ვარსკვლავების ძალიან მკვრივი, კომპაქტური გროვები წარმოქმნეს. რატომ იყო ვარსკვლავთწარმოქმნა კონცენტრირებული ასეთ მკვრივ გროვებში, საიდუმლოდ რჩება, ისევე როგორც მათი მშობელი გალაქტიკების სიკაშკაშე.
შესაძლოა, ეს საიდუმლო ორმა მკვლევარმა ამოხსნას. მათი ნაშრომი, სახელწოდებით „Lyα რადიაციული წნევა მკვრივ ვარსკვლავურ გროვებში: გავლენა ვარსკვლავების ფორმირებასა და ვარსკვლავურ ქარებზე კოსმოსური გარიჟრაჟის დროს“, გამოქვეყნდა The Astrophysical Journal-ში. ავტორები არიან შიამ ჰ. მენონი ფლატირონის ინსტიტუტის გამოთვლითი ასტროფიზიკის ცენტრიდან და აარონ სმიტი ტეხასის უნივერსიტეტიდან, დალასში.
ლაიმანის-ალფა გამოსხივება (Lyα), რომელიც ამ სტატიის სათაურშია ნახსენები, ასტროფიზიკის ძალიან მნიშვნელოვანი ფაქტორია. ის წარმოიქმნება, როდესაც წყალბადის ატომში ელექტრონი აღგზნებული მდგომარეობიდან ძირითად მდგომარეობაში გადადის. რადგან წყალბადი სამყაროში ყველაზე გავრცელებული ელემენტია, Lyα გამოსხივება ფუნდამენტური ინსტრუმენტია სამყაროში უძველესი გალაქტიკების შესასწავლად, მათ შორის ვარსკვლავთშორისი სივრცის (ISM) და გალაქტიკთაშორისი სივრცის (IGM).
„JWST ტელესკოპით ლინზირებულ ველებში ჩატარებულმა დაკვირვებებმა აჩვენა, რომ კოსმოსური ეპოქის დასაწყისში გალაქტიკებში ვარსკვლავთწარმოქმნა შესაძლოა ძალიან მკვრივ, კომპაქტურ ვარსკვლავურ გროვებად ყოფილიყო კონცენტრირებული“, - წერენ ავტორები. „მათი ფორმირების გარემოში დაფიქსირებული მაღალი რადიაციის სვეტები და დაბალი მეტალურობა მიუთითებს, რომ Lyα რადიაციული წნევა შეიძლება გადამწყვეტი იყოს მათი ფორმირებისა და ევოლუციისთვის“.
„ჩვენი შედეგები აჩვენებს, რომ ლაიმანი–ალფა გამოსხივებას შეუძლია ძალიან სწრაფად განდევნოს დაბალი სიმკვრივის გაზი და მტვერი“, - თქვა მენონმა. „მას შეუძლია, ასე ვთქვათ, გაფანტოს „ნისლი“, რაც საშუალებას გვაძლევს, ადრეულ სამყაროში ვარსკვლავები გაცილებით ნათლად დავინახოთ, ვიდრე სხვა შემთხვევაში იქნებოდა შესაძლებელი“.
Lyα გამოსხივების, როგორც დიაგნოსტიკური საშუალების, სარგებლიანობა ასევე ხსნის მის ძლიერ უნარს, სწრაფად მოიგერიოს მტვერი და გაზები. Lyα გამოსხივება განსხვავდება სხვა გამოსხივებისგან. როგორც წესი, როდესაც ატომი შთანთქავს ენერგიას, ის ხელახლა ასხივებს მას სხვა ტალღის სიგრძეზე. თუმცა, წყალბადის ატომები შთანთქავენ Lyα-ს და შემდეგ თითქმის მყისიერად ხელახლა ასხივებენ მას, სადაც ის ურთიერთქმედებს სხვა წყალბადის ატომებთან. შთანთქმა-გამოსხივების ეს ციკლი მას ძლიერ დიაგნოსტიკურ ინსტრუმენტად აქცევს და ასევე აძლევს Lyα-ს წყალბადის აირის მოგერიების უნარს.
ასტროფიზიკოსებმა ამის შესახებ იცოდნენ, მაგრამ მისი ფართომასშტაბიანი გავლენის გაგება რთული იყო.
„დიდი ხანია ვიცით, რომ ლაიმანის ალფა გამოსხივება შეიძლება მნიშვნელოვანი იყოს, რადგან ის ძალიან ძლიერია“, ამბობს მენონი. „მაგრამ მოდელირების სირთულის გამო, ჩვენ ვერასდროს შევძელით მისი მნიშვნელობის შეფასება რეალურ პირობებში“.
მკვლევრებმა სცადეს მისი მოდელებში ინტეგრირება, თუმცა ლაიმანის ალფა არხი ეწინააღმდეგება ამ მცდელობებს. ზოგიერთმა მისი ინტეგრირება არც კი სცადა. „ეს გამოტოვება განპირობებულია მისი მაღალი განზომილებითა და სირთულით, ასევე თვითთანმიმდევრული მოდელირებისთვის თანდაყოლილი მაღალი გამოთვლითი მოთხოვნებით“, - წერენ ავტორები.
მოდელირების სირთულე სწორედ შთანთქმისა და გამოსხივების განმეორებით ციკლში მდგომარეობს. თუმცა, სირთულე შეუძლებლობას არ ნიშნავს.
მენონმა და სმიტმა ამის მოდელირება არ სცადეს. ამის ნაცვლად, მათ არსებული სიმულაციებიდან აიღეს სურათები და გამოთვალეს მათ ასახსნელად საჭირო ძალა. „ამ კვლევაში, ჩვენ ამ კითხვას ვპასუხობთ მონტე კარლოს კოდის COLT-ის გამოყენებით მკვრივი ღრუბლების მიერ ვარსკვლავთგროვების წარმოქმნის რადიაციულ-ჰიდროდინამიკური სიმულაციებიდან მიღებული სურათების დამუშავებით, რომლებიც სხვადასხვა მტვრის შემცველობით ქმნიან ვარსკვლავურ გროვებს“, - განმარტავენ ისინი. COLT ნიშნავს Cosmic Lyman-alpha Transfer-ს. კვლევის თანაავტორი აარონ სმიტი COLT-ის თავდაპირველი შემქმნელია და მან ის დაწერა „ჰიდროდინამიკური სიმულაციებიდან Lyman-alpha-ს წარმოქმნისა და გამოთავისუფლების მოდელირებისთვის“, ნათქვამია COLT-ის ვებსაიტზე.
მოკლედ, მათ შეისწავლეს ადრეული სამყაროს ვარსკვლავთწარმომქმნელი რეგიონების სიმულირებული სურათები და გამოთვალეს Lyα ხაზის რაოდენობა, რომელიც საჭირო იყო დაკვირვებული ფენომენის ასახსნელად.
შედეგებმა აჩვენა, რომ ლაიმანი-ალფას გამოსხივება საკმარისად ძლიერი არ იყო JWST ტელესკოპის მიერ აღმოჩენილ მკვრივ ვარსკვლავთწარმომქმნელ რეგიონებში გაზის გასაფანტად. ამ ძაფებში არსებული მკვრივი გაზის გრავიტაცია ძალიან ძლიერი იყო იმისთვის, რომ ლაიმანი-ალფას დაძლევა მისი შეძლებოდა. თუმცა, ამ მკვრივი ძაფების გარეთ, ის საკმარისად ძლიერი იყო დიფუზური გაზისა და მტვრის გასაფანტად.
თავიანთ ნაშრომში ავტორები ორ მარტივ დასკვნას აკეთებენ: „Lυα რადიაციული წნევა ნაკლებად სავარაუდოა, რომ ხელს შეუშლის ვარსკვლავების ეფექტურ ფორმირებას“ და „Lυα რადიაციული წნევა შეიძლება გამოიწვიოს დინამიურად მნიშვნელოვანი ვარსკვლავური ქარები ვარსკვლავების ფორმირების პროცესის გაჯერების შემდეგ“.
„ამრიგად, ჩვენი შედეგები მიუთითებს, რომ გაბნევის ენერგია, სავარაუდოდ, მაღალი დარჩება მკვრივ ვარსკვლავურ გროვებში, რომლებიც დიდი წითელი წანაცვლებით ყალიბდებიან. მეორეს მხრივ, მოცულობის შემავსებელი გაზის მნიშვნელოვანი ნაწილი შეიძლება გამოიტყორცნოს Lyα გამოსხივების წნევის ქვეშ, რაც მიუთითებს გროვის ხილვადობაზე, იონიზირებული ფოტონების გაჟონვასა და გალაქტიკიდან გაზის გამოტყორცნაზე“, - წერენ მკვლევრები თავიანთ ნაშრომში.
ამგვარად, როდესაც ვარსკვლავთწარმოქმნა საკმარისად შორს წავიდა ამ მკვრივ გროვებში, ლაიმანი–ალფას სხივებმა ისინი ხილული გახადა და გაზის დანარჩენი ნაწილი გადაისროლა.
„როდესაც სიმკვრივე საკმარისად დაბალია, ლაიმანის ალფა გამოსხივებას შეუძლია გაზის ძალიან მაღალ სიჩქარემდე აჩქარება, რაც ფეთქებად ქარებს წარმოქმნის, რომლებსაც შეუძლიათ მატერიის გალაქტიკიდან გამოტყორცნა“, - ამბობს მენონი. „ეს ფანტავს გაზს, რომელიც ჩრდილავდა მკვრივ გროვებს და მათ ხილულს ხდის“.
