Jak ciemna materia wpływa na powstawanie gwiazd i galaktyk

Najdokładniejsza mapa ciemnej materii stworzona przez astronomów, pokazuje jej wpływ na powstawanie gwiazd i galaktyk. Na jej opracowanie pozwolił Teleskop Jamesa Webba.

Dokładna mapa ciemnej materii

.Naukowcy z Durham University (Anglia), NASA JPL i szwajcarskiej École Polytechnique Fédéral de Lausanne (EPFL) przedstawili nową mapę ciemnej materii, opracowaną za pomocą Teleskopu Jamesa Webba. 

Eksperci uważają, że gdy powstawał wszechświat, oba typy materii – zwyczajna i ciemna, były wobec siebie prawdopodobnie silnie rozproszone. Później ciemna materia zaczęła tworzyć skupiska, a następnie przyciągnęła do siebie zwykłą materię, tworząc regiony, w których zaczęły tworzyć się gwiazdy i galaktyki. W ten sposób ciemna materia zadecydowała o wielkoskalowej dystrybucji galaktyk.

Dzięki niej galaktyki i gwiazdy, a z nimi planety, powstały też szybciej, niż gdyby ciemnej materii nie było. 

Nowa mapa obejmuje wycinek nieba w gwiazdozbiorze Sekstantu, który pod względem powierzchni jest około 2,5 razy większy niż tarcza Księżyca w pełni. Zawiera ok. dziesięciokrotnie więcej galaktyk, niż obrazy tego samego obszaru, wykonane przez obserwatoria naziemne, i dwukrotnie więcej, niż te sporządzone przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Odsłania też nieznane dotąd skupiska ciemnej materii i pozwala spojrzeć na rejony znane z obserwacji Hubble’a, w znacznie wyższej rozdzielczości.

Wpływ ciemnej na zwykłą materię

.Dokładnie pokazuje, jak ciemna materia pomaga przyciągać zwykłą materię tworzącą dzięki temu galaktyki, w której z kolei powstają gwiazdy i planety. Potwierdza też wcześniejszą wiedzę, a jednocześnie wskazuje nieznane dotąd szczegóły na temat oddziaływania ciemnej materii z materią widzialną.

„Nasza mapa z niespotykaną dotąd precyzją odsłania wiedzę o tym, jak ten niewidzialny składnik wszechświata ukształtował materię widzialną, umożliwiając narodziny galaktyk, gwiazd, a wreszcie samego życia. Mapa ujawnia niewidoczną, lecz fundamentalną rolę ciemnej materii – prawdziwego architekta kosmosu, który krok po kroku porządkuje struktury widoczne dziś w naszych teleskopach” – mówi dr Gavin Leroy, współautor publikacji, która ukazała się w piśmie „Nature Astronomy”.

Naukowcy wyjaśniają, że ciemna materia nie emituje, nie odbija ani nie blokuje światła, a przez zwykłą materię może przenikać „jak duch”. Jednak oddziałuje z materią i innymi składnikami wszechświata za pośrednictwem grawitacji.

Nowe z teleskopu Jamesa Webba potwierdzają, że tak uderzająca zbieżność nie może być dziełem przypadku. 

„W dzisiejszym wszechświecie, tam, gdzie jest zwykła materia, zawsze obecna jest też ta ciemna. W każdej sekundzie przez twoje ciało przenikają miliardy cząsteczek ciemnej materii. Bez obaw – nie wyrządzają nam żadnej krzywdy – po prostu nas nie »zauważają« i pędzą dalej” – tłumaczy prof. Richard Masse, jeden z autorów badania. – „Jednak cała ta wirująca chmura ciemnej materii otaczająca Drogę Mleczną generuje grawitację wystarczającą, by utrzymać naszą galaktykę w ryzach. Bez niej Droga Mleczna po prostu rozpadłaby się w pył pod wpływem własnego obrotu”.

W kolejnym kroku zespół planuje stworzenie mapy ciemnej materii dla całego wszechświata, wykorzystując do tego teleskop Euclid Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) oraz budowany NASA Nancy Grace Roman Space Telescope.

Dzięki temu badacze chcą dowiedzieć się więcej o fundamentalnych właściwościach ciemnej materii oraz o tym, jak mogła ona zmieniać się na przestrzeni miliardów lat historii kosmosu.

Co istotne, skrawek nieba przebadany w ramach najnowszych analiz ma stać się głównym punktem odniesienia, do którego będą dostrajane i porównywane wszystkie przyszłe mapy.

Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy

.Członek Polskiego Towarzystwa Astronomicznego, Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI, na łamach „Wszystko co Najważniejsze” twierdzi, że: „Pod koniec swojego życia gwiazda wykonuje gwałtowne oscylacje. W skali setek lub tysięcy lat doznaje gwałtownych rozprężeń, staje się wyraźnie większa i chłodniejsza, a następnie się kurczy. Jej powierzchniowe obszary są przyciągane zbyt słabo i „odlatują” od niej. Rozpad następuje warstwowo. Trwa to przez tysiące lat. Jedyne, co pozostaje, to jądro, biały karzeł złożony z węgla i tlenu, otoczony przez gaz, który powstaje w procesie odpadania warstw”.

„Mniejsze gwiazdy kończą swój żywot na etapie spalania węgla i tlenu. Gwiazdy masywniejsze są tak ciężkie, że w pozostających z nich białych karłach dochodzi do takiego wzrostu temperatury, że nawet tlen i węgiel spalają się i przechodzą w kolejne pierwiastki. Gwiazda staje się czerwonym nadolbrzymem. Na samym końcu tego procesu, bezpośrednio przed eksplozją supernowej, w jej jądrze pojawia się żelazo. Od tego momentu gwiazda nie może generować więcej energii. Po raz kolejny dochodzi do stanu krytycznego w jej życiu – zaczyna się rozpadać”.

„W pewnym momencie w jądrze robi się tak gęsto, że nawet elektrony pełzające wokół atomów żelaza nie mogą już dłużej tego robić. Zaczyna się proces neutronizacji materii. Elektrony wnikają w jądro atomów i zamieniają protony w neutrony. Żelazo zostaje zniszczone – powstaje gwiazda neutronowa”.

„Jądro gwiazdy neutronowej kurczy się i jednocześnie staje się sprężyste. Odbija się od zewnętrznej materii gwiazdy jak piłka. Powoduje to powstanie dużej fali uderzeniowej. Napór materii z zewnątrz jest tak duży, że powoduje zatrzymanie fali uderzeniowej w miejscu, w wyniku czego gwiazda zaczyna się niebywale rozgrzewać. Wskutek tego wybuchowego, deflagracyjnego spalania się powstaje duża część układu okresowego pierwiastków. Materia po śmierci gwiazdy, składająca się z pierwiastków ciężkich, może zasilić nowo powstające gwiazdy i planety”.

„Pierwiastki, z których się składamy, na przykład węgiel, azot i tlen, powstają dzięki śmierci mało masywnych gwiazd, jak nasze Słońce. W wyniku eksplozji supernowej powstaje tlen. Nasze ukochane złoto i srebro są efektem procesu jeszcze rzadszego – „zlania się” dwóch gwiazd neutronowych. Każdy atom węgla, tlenu i azotu w naszym ciele – kiedyś był obecny we wnętrzu gwiazdy. Bez nich nie moglibyśmy zaistnieć. Nasze życie powstało za sprawą gwiazd” – pisze Piotr KOŁACZEK-SZYMAŃSKI w tekście „Z gwiazd powstaliśmy, w gwiazdy się obrócimy” – cały artykuł [LINK]

PAP/Marek Matacz/eg