Μικρές κόκκινες κουκκίδες (LRD)

[Δροσος Γεωργιος]

Η NASA Webb εξερευνά το γενεαλογικό δέντρο των πρόσφατα ανακαλυφθέντων μακρινών αντικειμένων,

Από την ανακάλυψή τους από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb της NASA το 2022, οι μικρές κόκκινες κουκκίδες (LRD) έχουν αποτελέσει αντικείμενο μεγάλου ενδιαφέροντος για τους αστρονόμους. Η κατανόηση της φύσης αυτών των εξαιρετικά μακρινών, συμπαγών κόκκινων πηγών αποτελεί μια αινιγματική επιστημονική προσπάθεια.Μια δημοφιλής θεωρία είναι ότι οι μικρές κόκκινες κουκκίδες είναι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, γνωστές ως ενεργοί γαλαξιακοί πυρήνες , αν και εμφανίζουν χαρακτηριστικά σε αντίθεση με τους κοντινούς ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες. Ενώ εμφανίζονται άφθονες σε υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό νωρίς στο σύμπαν, μειώνονται γρήγορα σε αριθμό σε χαμηλότερες μετατοπίσεις προς το ερυθρό. (Όσο υψηλότερη είναι η μετατόπιση προς το ερυθρό, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση που έχει διανύσει το φως σε όλο το σύμπαν.) Αυτή η περίπλοκη μετατόπιση στον αριθμό εγείρει το ερώτημα: Τι συμβαίνει με τις μικρές κόκκινες κουκκίδες καθώς το σύμπαν ωριμάζει;Μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Pierluigi Rinaldi του Αστεροσκοπείου Steward του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, το οποίο τώρα βρίσκεται στο Ινστιτούτο Επιστήμης Διαστημικών Τηλεσκοπίων (STScI) στη Βαλτιμόρη, βασίστηκε στην προηγούμενη έρευνά της σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 29 Ιουλίου στο The Astrophysical Journal και πρότεινε μια πορεία που μπορούν να ακολουθήσουν οι LRD καθώς το σύμπαν γερνάει: Αν και μπορεί να μοιάζουν με έναν μοναδικό πληθυσμό γαλαξιών, αυτές οι κουκκίδεςΤα συμπεράσματά τους βασίζονται στην ανάλυσή τους του σπειροειδούς γαλαξία WISEA J123635.56+621424.2 με χαμηλότερη μετατόπιση προς το ερυθρό, ο οποίος έχει το παρατσούκλι «Saguaro» για τους προεξέχοντες βραχίονες του, όπως ο κάκτος που προέρχεται από την έρημο Sonoran στις νοτιοδυτικές Ηνωμένες Πολιτείες. Ένα ιδιαίτερα ενδιαφέρον χαρακτηριστικό αυτού του γαλαξία με μετατόπιση προς το ερυθρό 2, ο οποίος αντιστοιχεί σε περίπου 3,3 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, είναι το μικρό κέντρο του που μοιάζει με κόκκινη κουκκίδα και θυμίζει τον ρουμπινί καρπό που παράγεται από το φυτό της ερήμου.«Όλα όσα δημιουργήθηκαν στο πρώιμο σύμπαν πρέπει να εξελιχθούν σε κάτι γύρω μας. Είχαμε ελάχιστη ιδέα για το τι γίνονται οι LRD, αλλά αυτά τα αποτελέσματα μας δείχνουν τελικά πώς να βρούμε τους απογόνους τους», δήλωσε ο συν-συγγραφέας George Rieke του Πανεπιστημίου της Αριζόνα. Προηγούμενες μελέτες από το αποσυρμένο Διαστημικό Τηλεσκόπιο Spitzer της NASA παρείχαν την πρώτη ένδειξη για τον πληθυσμό των συμπαγών γαλαξιών που είναι σκοτεινοί από σκόνη στο σύμπαν με χαμηλότερη μετατόπιση προς το ερυθρό στο οποίο ανήκει το Saguaro, ανοίγοντας το δρόμο για τις αναλύσεις υψηλής ανάλυσης των διαστημικών τηλεσκοπίων Hubble και James Webb της NASA.«Το Saguaro είναι σημαντικό επειδή είναι μια πρωτότυπη μικρή κόκκινη κουκκίδα και είναι μία από τις λίγες που έχουμε βρει σε χαμηλότερη μετατόπιση προς το ερυθρό. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να μελετήσουμε την πορεία αυτών των κουκκίδων σε όλη τη διάρκεια του κοσμικού χρόνου», δήλωσε ο Fabio Pacucci του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian στο Cambridge της Μασαχουσέτης και συν-συγγραφέας της μελέτης.Ανάμεσα στις χιλιάδες πηγές που εξέτασε ο Rinaldi σε διάφορες έρευνες, το Saguaro ήταν ένα παράδειγμα του κατάλληλου σημείου — με μία από τις συστοιχίες μικροδιαφράγματος του Webb τέλεια πλαισιωμένη πάνω από τον πυρήνα του γαλαξία για τη λήψη φασματοσκοπικών δεδομένων — και του κατάλληλου χρόνου — να βρίσκεται σε χαμηλότερη μετατόπιση προς το ερυθρό. Για να αποκτήσει μια όσο το δυνατόν ευρύτερη εικόνα του σπειροειδούς γαλαξία σε όλο το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, η ομάδα χρησιμοποίησε τα δεδομένα υπεριώδους απεικόνισης και φασματοσκοπίας του Hubble και τα δεδομένα υπέρυθρης απεικόνισης και φασματοσκοπίας του Webb, αντίστοιχα.«Επειδή ο Σαγκουάρο βρίσκεται σε χαμηλότερη μετατόπιση προς το ερυθρό, μπορούμε να δούμε τον πολύ όμορφο και φωτεινό γαλαξία που τον φιλοξενεί σε υψηλή ανάλυση και λεπτομέρεια με τα τηλεσκόπια Webb και Hubble», δήλωσε ο Zihao Wu του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Οι παρατηρήσεις του Webb μπορούν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε πώς συνδέονται ο γαλαξίας και ο μικρός πυρήνας του που μοιάζει με κόκκινη κουκκίδα».Η ομάδα ακολούθησε πολλαπλές προσεγγίσεις για να επαληθεύσει ότι ο συμπαγής κόκκινος πυρήνας του Saguaro ταίριαζε με τα χαρακτηριστικά ενός πρωτότυπου LRD. Συγκεκριμένα, τα δεδομένα Hubble και Webb έδειξαν ότι ο πυρήνας είναι φωτεινότερος τόσο στο υπεριώδες όσο και στο υπέρυθρο φως από ό,τι στο ορατό φως, όπως ακριβώς και οι μακρινές LRD. Η ομάδα επίσης αποσύνδεσε προσεκτικά το φως που εκπέμπεται από τον ξενιστή και τον πυρήνα και έλαβε υπόψη την παρουσία εκπομπής ακτίνων Χ από την πηγή.Αν και η πλειονότητα των μικρών κόκκινων κουκκίδων σε υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό δεν είναι ανιχνεύσιμες στο φως των ακτίνων Χ, το Παρατηρητήριο ακτίνων Χ Chandra της NASA ανίχνευσε ασθενή εκπομπή ακτίνων Χ από το Saguaro.«Αυτό που δείχνουν οι παρατηρήσεις φωτός ακτίνων Χ είναι ότι αυτός ο γαλαξίας έχει έναν ενεργό γαλαξιακό πυρήνα, και μάλιστα πολύ σκοτεινό», δήλωσε η Carys Gilbert, μεταπτυχιακή φοιτήτρια στο Πανεπιστήμιο του Κέιπ Τάουν στη Νότια Αφρική και συν-συγγραφέας της εργασίας. «Δεν είναι μόνο σκοτεινός αλλά και αδύναμος στις ακτίνες Χ. Αυτού του είδους ο συνδυασμός θα μπορούσε να εξηγήσει την έλλειψη εκπομπής ακτίνων Χ που βλέπουμε από όλες τις άλλες μικρές κόκκινες κουκκίδες. Ταιριάζει ωραία στο παζλ των μικρών κόκκινων κουκκίδων».Εκτός από την επίδειξη του πώς η κεντρική συμπαγής κόκκινη πηγή του Saguaro ταιριάζει στα κριτήρια της μικρής κόκκινης κουκκίδας, η ομάδα μετατόπισε συνθετικά τον γαλαξία σε υψηλότερη μετατόπιση προς το ερυθρό για να διερευνήσει πώς θα φαινόταν αυτό το γαλαξιακό περιβάλλον στους παρατηρητές αν βρισκόταν στο πρώιμο σύμπαν. Όπως αναμενόταν, η γαλαξιακή δομή που περιβάλλει το Saguaro εξασθενεί έτσι ώστε μόνο η φωτεινή, παρόμοια με την LRD πηγή στο κέντρο της να είναι ορατή.«Η θεωρία μας είναι ότι οι περισσότερες από αυτές τις μακρινές πηγές επηρεάζονται από αυτό το κοσμολογικό φαινόμενο, δημιουργώντας μια παρατηρησιακή μεροληψία», δήλωσε ο Rinaldi. «Απλώς δεν είμαστε σε θέση να λάβουμε δείγματα από το άμεσο περιβάλλον των μικρών κόκκινων κουκκίδων με υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό, επειδή το περιβάλλον τους είναι πολύ αμυδρό για να παρατηρηθεί ακόμη και με το Webb. Οι μικρές κόκκινες κουκκίδες είναι πολύ πιο περίπλοκες από το να είναι απλώς μια κουκκίδα. Είναι απλώς η κορυφή του παγόβουνου - μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας που αλληλεπιδρά με το κοντινό της περιβάλλον».Λαμβάνοντας υπόψη την μελέτη περίπτωσης Saguaro, η ομάδα πιστεύει ότι οι LRD μπορεί να μην είναι ένας μοναδικός πληθυσμός γαλαξιών, αλλά μάλλον μια προσωρινή φάση εξαιρετικά ενεργών υπερμεγέθων μαύρων τρυπών. Θα μπορούσε αυτή η θεωρία να είναι ο σύνδεσμος μεταξύ των πυκνοκατοικημένων μικρών κόκκινων κουκκίδων με υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό που παρατηρήθηκαν από τον Webb και του τοπικού σύμπαντος;Ενώ ο Σαγκουάρο δεν είναι αντιπροσωπευτικός όλων των LRD, η ομάδα προτείνει ότι αυτή είναι μια φάση αυτών των συμπαγών κόκκινων πηγών. Για να οικοδομηθεί μεγαλύτερη εμπιστοσύνη, είναι απαραίτητη περαιτέρω μελέτη του Σαγκουάρο, καθώς και η αναζήτηση άλλων γαλαξιών που μοιάζουν με τον Σαγκουάρο σε χαμηλότερη μετατόπιση προς το ερυθρό. Η ομάδα σκοπεύει επίσης να ψάξει μέσα από τα άφθονα αρχειακά δεδομένα του Webb για να δημιουργήσει μια απογραφή μικρών κόκκινων κουκκίδων για να μελετήσει πώς το περιβάλλον τους μπορεί να επηρεάσει τον τρόπο ωρίμανσής τους. Αυτές οι διαφορετικές προσεγγίσεις έχουν ως στόχο να βοηθήσουν στην αποκάλυψη του γενεαλογικού δέντρου των μικρών κόκκινων κουκκίδων.

Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb είναι το κορυφαίο διαστημικό επιστημονικό παρατηρητήριο στον κόσμο. Το Webb λύνει μυστήρια στο ηλιακό μας σύστημα, κοιτάζοντας πέρα από μακρινούς κόσμους γύρω από άλλα αστέρια και διερευνώντας τις μυστηριώδεις δομές και την προέλευση του σύμπαντός μας και τη θέση μας σε αυτό. Το Webb είναι ένα διεθνές πρόγραμμα με επικεφαλής τη NASA με τους εταίρους της, την ESA (Ευρωπαϊκή Υπηρεσία Διαστήματος) και την CSA (Καναδική Υπηρεσία Διαστήματος).

Το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble λειτουργεί για πάνω από τρεις δεκαετίες και συνεχίζει να κάνει πρωτοποριακές ανακαλύψεις που διαμορφώνουν τη θεμελιώδη κατανόησή μας για το σύμπαν. Το Hubble είναι ένα έργο διεθνούς συνεργασίας μεταξύ της NASA και της ESA (Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος). Το Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων Goddard της NASA στο Γκρίνμπελτ του Μέριλαντ διαχειρίζεται το τηλεσκόπιο και τις λειτουργίες της αποστολής. Η Lockheed Martin Space, με έδρα το Ντένβερ, υποστηρίζει επίσης τις λειτουργίες της αποστολής στο Goddard. Το Ινστιτούτο Επιστήμης Διαστημικών Τηλεσκοπίων στη Βαλτιμόρη, το οποίο λειτουργεί από τον Σύνδεσμο Πανεπιστημίων για την Έρευνα στην Αστρονομία, διεξάγει επιστημονικές δραστηριότητες Hubble για τη NASA.

Για να μάθετε περισσότερα για τον Webb, επισκεφθείτε:

https://science.nasa.gov/webb

Για να μάθετε περισσότερα για το Hubble, επισκεφθείτε:

https://science.nasa.gov/hubble

Οι επιστήμονες έχουν προτείνει μια πορεία που μπορούν να ακολουθήσουν οι μικρές κόκκινες κουκκίδες καθώς το σύμπαν ωριμάζει, βασιζόμενοι στην ανάλυσή τους του σπειροειδούς γαλαξία WISEA J123635.56+621424.2, με το παρατσούκλι «Saguaro». Υποστηρίζουν ότι οι μικρές κόκκινες κουκκίδες μπορεί να είναι μια προσωρινή φάση εξαιρετικά ενεργών υπερμεγέθων μαύρων τρυπών.

Οι επιστήμονες μετέτρεψαν συνθετικά τον Saguaro, έναν σπειροειδή γαλαξία με χαμηλότερη μετατόπιση προς το ερυθρό, σε υψηλότερη μετατόπιση προς το ερυθρό για να μάθουν πώς θα φαινόταν αν βρισκόταν στο πρώιμο σύμπαν. Η συμπαγής κόκκινη εμφάνισή του υποδηλώνει ότι οι μικρές κόκκινες κουκκίδες είναι μια φάση εξαιρετικά ενεργών υπερμεγέθων μαύρων τρυπών.