Pirmųjų žvaigždžių energijos šaltinis – tamsioji medžiaga? (0)
2008-02-19 14:12
Ilgai mokslininkai neabejojo, jog pirmąsias žvaigždes mūsų Visatoje įžiebė sintezės reakcijos – panašūs procesai, kuriuos dabar stebime Saulėje ir kitose žvaigždėse. Tačiau nauja teorija gali paneigti šią įsivyravusią sampratą. „Pirmosios žvaigždės nuo dabartinių skyrėsi daugeliu aspektu“, – teigia fizikė teoretikė Katerina Friz (Katherine Freese) iš Mičigano universiteto.
K. Friz kartu su Daglasu Spoljaru (Douglas Spolyar) iš Kalifornijos universiteto Santa Kruze bei Paolu Gondolo (Paolo Gondolo) iš Jutos universiteto Solt Leik Sityje mano, jog tamsiosios medžiagos anihiliacija buvo pradinis energijos šaltinis, leidęs įsižiebti pirmosioms žvaigždėms. Šis procesas vyko, kai mūsų Visatos amžius siekė maždaug nuo 100 mln. iki 200 mln. metų.
Jeigu mokslininkai teisūs, tuomet tektų iš naujo apsvarstyti žvaigždžių ir pačios Visatos susidarymo teorijas. Pasiūlytoji idėja aprašoma „Physical Review Letters“ straipsnyje „Tamsioji medžiaga ir pirmosios žvaigždės: nauja žvaigždžių evoliucijos fazė“.
„Anihiliacijos procesas reiškia, kad medžiaga virsta kažkuo kitu“, – aiškina mokslininkė. Visatoje egzistuoja materija ir jai priešinga antimaterija, pavyzdžiui, mums įprasti elektronai ir kur kas egzotiškesni pozitronai. Kai šios priešingos dalelės susitinka, jos netenka savo tapatumo, o jų energija pereina į kitą būseną. „Tamsiosios medžiagos dalelės sau pačios yra ir antidalelės. Kai jos susitinka, trečdalis energijos pereina į neutrinus ir šie kaipmat išsilaksto. Kitas trečdalis virsta fotonais, o likęs – elektronais ir pozitronais“.
„Tam, kad susidarytų žvaigždė, t. y., jos medžiaga susispaustų į didelio tankio objektą, reikia, jog ji galėtų ataušti, – toliau pasakoja K. Friz. – Mes atkreipėme dėmesį į tai, kad pirmosiose žvaigždėse aušimas varžėsi su kažkokiu procesu. Žvaigždės negalėjo pakankamai susitraukti, kad jose prasidėtų termobranduolinė sintezė. Tačiau jos vis tiek netekdavo energijos. Apie šią fazę anksčiau nieko nežinojome“.
Mokslininkė aiškina, kaip pirmosios žvaigždės galėjo pereiti iš tamsiosios medžiagos fazės į sintezės fazę. „Tamsiosios medžiagos anihiliacijos proceso metu susidariusios ir žvaigždės viduje likusios dalelės ją kaitina ir neleidžia susitraukti. Taip užkertamas kelias termobranduolinės sintezės reakcijai“.
Kai tamsioji medžiaga pasibaigia, nebelieka kliūčių įprastinei žvaigždės evoliucijai. Vandenilio ir helio atomai vykstančių procesų metu suformuoja naujus elementus (anglį, azotą, deguonį bei metalus). Galiausiai žvaigždės gyvenimas pasibaigia supernova – galingas sprogimas po Visatą paskleidžia branduolio turinį. Vėliau šiuos elementus panaudoja kitos besiformuojančios žvaigždės.
„Šią naująją fazę turėjo tik pirmosios žvaigždės, – pabrėžia K. Friz. – Žvaigždės, kurias stebime dabar, yra vadinamos pirmosios populiacijos žvaigždėmis. Anksčiau gimusios vadinamos antrosios populiacijos žvaigždėmis. Pirmosios žvaigždės priskiriamos trečiajai populiacijai. Mūsų tikslas yra patikslinti, kaip susiformavo ir vystėsi trečiosios populiacijos žvaigždės. Iš pradžių jose nevyko termobranduolinė sintezė“.
Jeigu mokslininkė ir jos kolegos yra teisūs, tuomet tai galėtų pakeisti mūsų supratimą apie žvaigždžių formavimąsi. „Žvaigždžių evoliucijoje atsiranda nauja fazė“, – tęsia K. Friz. Šią teoriją padės patikrinti „James Webb“ kosminis teleskopas, kurį NASA ketina paleisti 2013 m. „Mes jas vadiname tamsiosiomis žvaigždėmis, – aiškina fizikė. – Tačiau tai nereiškia, kad jos nešvietė. Jos turėjo būti kiek šaltesnės už įprastines žvaigždes. Tikimės, jog naujasis teleskopas padės atskleisti, kas vyko pirmosiose žvaigždėse“.
Iki to laiko K. Friz ir jos kolegos toliau bandys aiškintis, kaip naujoji žvaigždžių evoliucijos fazė galėjo paveikti kitus įvykius mūsų Visatos laiko skalėje. „Reikia pripažinti, kad susiduriame su hipotezėmis, bet tai iš tiesų gali koreguoti mūsų pačių galaktikos vystymosi periodus“, – priduria ji.