Noi date obținute de Telescopul Spațial James Webb (JWST) pot contribui la explicarea nivelului crescut de activitate al galaxiilor primordiale din Universul timpuriu, transmite luni Space.com care citează studiul 'The baryon budget of galaxies across the first billion years' (Bugetul barionic al galaxiilor în primul miliard de ani), publicat în revista Astronomy & Astrophysics.

În primele câteva sute de milioane de ani de la Big Bang, oceanul de gaz cosmic dintre galaxii era în primul rând un ocean rece și dens, după care și-a schimbat aceste caracteristici, devenind cald. Această schimbare în dispoziția timpurie a cosmosului este un indiciu crucial despre cum au apărut primele galaxii, modelând tot ceea ce vedem astăzi. În Universul timpuriu, la doar câteva sute de milioane de ani după Big Bang, primele stele și galaxii s-au aprins ca niște luminițe de basm în întunericul cosmic.

Combustibilul pentru toată această mare producție de stele sunt norii gigantici de gaz, în mare parte hidrogen. Astronomii au bănuit întotdeauna că aceste galaxii primordiale erau active, dar noile imagini de la Telescopul Spațial James Webb le arată a fi chiar mai strălucitoare și mai mari decât și-ar fi putut închipui astronomii.

Această precocitate cosmică înseamnă că modelele existente despre formarea galaxiilor ar putea avea nevoie de o ajustare serioasă. Astronomii au crezut că au înțeles mecanismul prin care norii de hidrogen se prăbușesc în halouri de materie întunecată, unde se răcesc, densitatea lor crește și apoi se aprind în stele. Dar datele JWST sugerează o frenezie de formare a stelelor mult mai agresivă și mai rapidă în acea perioadă de început.

Pentru a dezlega acest mister autorii studiului, Umberto Maio de la INAF - Institutul Național Italian de Astrofizică și Institutul pentru Fizică Fundamentală a Universului, în colaborare cu Celine Peroux de la Observatorul European Austral, au decis să se cufunde în cosmosul virtual. Ei au creat simulări pe computer incredibil de detaliate, un fel de mașină a timpului cosmic numită ColdSIM, pentru a derula înapoi ceasul și a observa cum s-a comportat gazul în primul miliard de ani după Big Bang. Scopul lor a fost să facă predicții despre cantitatea de materie barionică a Universului timpuriu - aceasta este contabilitatea pentru toată materia 'normală', materialul din care sunt alcătuite stelele și planetele.

Ceea ce au descoperit a fost un Univers în flux. Înainte de un moment crucial numit epoca reionizării - când Universul a devenit în sfârșit transparent la lumina ultravioletă - gazul era într-adevăr în mare parte rece. Era mediul perfect și dens pentru formarea stelelor. Dar, pe măsură ce formarea stelelor s-a intensificat și lumina ultravioletă intensă a început să circule, lucrurile s-au schimbat. Simulările au arătat că gazul s-a schimbat rapid, devenind dominantă o fază caldă, mai puțin densă. Este ca și cum Universul ar fi trecut de la o dimineață liniștită și răcoroasă la o după-amiază aglomerată și însorită, cu toată energia provenită de la noile stele care încălzeau cosmosul.

Aceasta nu a fost doar o schimbare minoră de temperatură. Ea a modificat fundamental ritmul evoluției galaxiilor. Simulările echipei au urmărit călătoria diferitelor tipuri de gaz, evitând cu atenție scurtăturile obișnuite folosite de alte modele computerizate, care pot duce adesea la răspunsuri vagi. Ei au descoperit câteva lucruri revelatoare despre modul în care aceste galaxii incipiente s-au format.

Pentru început, 'fracția de întoarcere stelară' a fost surprinzător de mică. Aceasta este cantitatea de material pe care stelele o ejectează înapoi în gazul din jur atunci când mor, practic reciclând combustibilul pentru următoarea generație de stele. Se pare că în Universul timpuriu stelele erau mai puțin eficiente în această reciclare. Cantități mai mici de material stelar vechi s-au întors în norii de gaz, ceea ce înseamnă că noile stele s-au format în mare parte din gaz proaspăt, neutilizat în formarea altor stele.

Dar chiar și cu mai puțină reciclare, aceste galaxii își consumau gazul într-un ritm uimitor. Maio și Peroux au descoperit că timpii de epuizare - timpul necesar unei galaxii pentru a-și converti tot gazul în stele la ritmul actual - erau incredibil de scurți. Mult mai scurți decât vedem în galaxiile de astăzi. Aceasta înseamnă că galaxiile timpurii erau adevărate mașini de formare a stelelor, înghițind gaz și scuipând stele cu o intensitate furioasă.

Acest studiu rescrie povestea începuturilor Universului. Predicțiile inițiale pentru aceste galaxii timpurii, bazate pe observații ale galaxiilor ulterioare, mai mature, nu surprindeau această imagine dinamică, în rapidă evoluție.

Desigur că și acest studiu are limitări. Chiar dacă au devenit foarte puternice, simulările computerizate sunt inerent incomplete raportat la complexitatea absolută a Universului. Modelând totul, de la structura complexă, multifazică a gazului până la vânturile puternice suflate de stelele masive și găurile negre reprezintă o provocare uriașă. Există încă incertitudini mari, cum ar fi funcția exactă de masă inițială a stelelor (câte stele mari versus stele mici se nasc) și cantitatea precisă de 'metale' necesare pentru a declanșa răcirea, condiții în care modelele folosite pentru a simula producția stelară incipientă trebuie cizelate și îmbunătățire constant.AGERPRES/(AS - editor: Codruț Bălu, editor online: Anda Badea)