Zdjęcie w tle: ESO/Digitized Sky Survey 2
Fluor jest pierwiastkiem budującym nasze kości i składnikiem prawie każdej pasty do zębów. Mimo tego wciąż nie jesteśmy pewni, skąd się wziął w naszym Wszechświecie. Dzięki Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (w skrócie ALMA) udało nam się zaobserwować ślady tego pierwiastka w galaktyce, z której światło podróżowało do nas 12 miliardów lat. Nigdy przedtem nie zaobserwowano fluoru w tak odległym zakątku Wszechświata. Co to dla nas oznacza?
„Wszyscy wiemy o fluorze, ponieważ pasta do zębów używana przez nas każdego dnia zawiera go w formie fluorków,” mówi Maximilien Franco z Uniwersytetu Hertfordshire w Wielkiej Brytanii, który prowadził badania opublikowane niedawno w czasopiśmie Nature Astronomy. Jak większość otaczających nas pierwiastków fluor powstaje w gwiazdach, ale aż do teraz nie mieliśmy pojęcia, jak dokładnie do tego dochodzi. „Nie wiedzieliśmy nawet który typ gwiazd odpowiada za większość fluoru we Wszechświecie!”
Franco i jego współpracownicy wykryli fluor (w formie fluorku wodoru – HF) w dużych chmurach gazu znajdujących się w odległej galaktyce NGP–190387. Dzięki dzielącej nas odległości widzimy ją taką, jaka była, gdy Wszechświat miał tylko 1,4 miliarda lat, co stanowi około 10% jego obecnego wieku. Wiedząc, że gwiazdy uwalniają stworzone pierwiastki w momencie śmierci i patrząc na wiek tej galaktyki, można łatwo dojść do wniosku, że gwiazdy, w których powstał fluor żyły krótko i szybko umierały.
Naukowcy o produkcję fluoru podejrzewają gwiazdy Wolfa–Rayeta. Są to niesamowicie masywne monstra, żyjące jednak tylko kilka milionów lat, okres nic nieznaczący patrząc na wiek Wszechświata. Według badaczy wyjaśniałoby to skąd w tak młodej galaktyce wzięło się tyle fluoru. Mimo że ten typ gwiazd już wcześniej był uważany za możliwe źródło tego pierwiastka, obecne odkrycia pokazują nam, jak kluczowy mógł on być w jego produkcji.
Wizja artystyczna galaktyki NGP–190387.
„Pokazaliśmy, że gwiazdy Wolfa-Rayeta, które są jednymi z najmasywniejszych znanych nam gwiazd i są zdolne do bardzo gwałtownych eksplozji, gdy zbliża się ich koniec, w pewien sposób pomagają nam dbać o zdrowe zęby!” żartuje Franco.
Oczywiście w przeszłości pojawiły się też inne scenariusze powstawania i uwalniania fluoru. Przykładowo, pulsacje gigantycznych, starych gwiazd o masach nieprzekraczających masy kilku Słońc, nazywane gwiazdami AGB. Hipotezy te wydają się jednak wątpliwe, ponieważ wiele z nich zakłada procesy trwające miliardy lat, a to nie wyjaśniałoby skąd tyle fluoru wzięło się w tak młodej galaktyce jak NGP–190387.
„Ta galaktyka w czasie dziesiątek czy setek milionów lat osiągnęła poziom fluoru porównywalny do tego w gwiazdach w Drodze Mlecznej, która ma 13,5 miliarda lat. To był zupełnie niespodziewany wynik,” mówi Chiaki Kobayashi, profesor na Uniwersytecie Hertfordshire. „Nasze pomiary nakładają zupełnie nowe ograniczenie w dziedzinie badań nad powstawaniem fluoru, która ma już dwie dekady”.
Odkrycie fluoru w NGP–190387 to jedno z pierwszych przypadków wykrycia fluoru poza Drogą Mleczną i pobliskimi galaktykami. Astronomowie już wcześniej zauważyli ten pierwiastek w odległych kwazarach, jasnych obiektach zasilanych przez supermasywne czarne dziury w centrach niektórych galaktyk. Jednak nigdy wcześnie nie zaobserwowano tego pierwiastkach w dopiero co formujących się galaktykach z początków naszego Wszechświata.
Wizja artystyczna jądra gwiazdy typu Wolfa-Rayeta otoczonego przez mgławice materii, którą gwiazda wyrzuciła.
Odkrycie to było możliwe dzięki użyciu zarówno kosmicznych jak i naziemnych teleskopów. NGP–190387 została początkowo odkryta przez Kosmiczne Obserwatorium Hershela (ang. Herschel Space Observatory) należące do Europejskiej Agencji Kosmicznej (ang. European Space Agency – ESA). Uwagę badaczy przyciągnęła niesamowita jasność tak odległej galaktyki. Później obserwowano ją za pomocą obserwatorium ALMA w Chile, gdzie potwierdzono, że jednym z czynników powodujących tak jasne promieniowanie jest znajdująca się prawie na jednej linii między Ziemią a NGP–190387 masywna galaktyka. Wzmacniała ona światło docierające do Franco i jego współpracowników, co pozwoliło im na wykrycie słabiutkiego sygnału wyemitowanego miliardy lat temu przez fluor.
Nadchodzące badania z użyciem Ekstremalnie Wielkiego Teleskopu (ang. Extremely Large Telescope – ELT), budowanego w Chile przez ESA pozwolą nam poznać jeszcze więcej tajemnic odległych galaktyk. „ALMA jest wyczulony na promieniowanie emitowane przez zimny międzygwiezdny gaz i pył,” mówi Chentao Yang, członek Europejskiego Obserwatorium Południowego (ang. European Southern Observatory – ESO) w Chile. „Z ELT będziemy mogli obserwować NGP–190387 przez bezpośrednie światło gwiazd, zdobywając niezbędne informacje o zawartości gwiazd w tej galaktyce”.
