Πριν από 340 χρόνια, ένα άστρο μεγάλης μάζας ανατινάχθηκε  σε απόσταση έντεκα χιλιάδων ετών φωτός από εμάς στον αστερισμό της Κασσιόπης. Ο υπερκαινοφανής αστέρας ονομάστηκε Κασσιόπη Α (Cas A) και αυτό που υπάρχει στην θέση του άστρου που καταστράφηκε βίαια είναι ένα άστρο νετρονίου και ένα κέλυφος υλικών που εκτοξεύεται στο Διάστημα μετά την έκρηξη.

Αυτό το κοσμικό απομεινάρι είναι η πιο πρόσφατη εκρηξη σουπερνόβα που γνωρίζουμε στον γαλαξία μας και παράλληλα αποτελεί μόνιμο στόχο παρατήρησης των αστρονόμων. Θεωρείται ένα είναι ένα από τα πιο μελετημένα αντικείμενα στον γαλαξία μας. Σε κάθε παρατήρηση οι επιστήμονες ανακαλύπτουν νέα στοιχεία που φωτίζουν όχι μόνο την ιστορία του άστρου που καταστράφηκε αλλά το τι συνέβη μετά την έκρηξη και το τι συνεχίζει να συμβαίνει εκεί.

Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb έστρεψε το πανίσχυρο βλέμμα του στην Κασσιόπη Α καταγράφοντας νέες εικόνες στο υπέρυθρο του φάσματος αποκαλύπτοντας λεπτομέρειες του υπερκαινοφανούς αστέρα που δεν ήταν μέχρι σήμερα ορατές και προσφέροντας μια σειρά από νέα πολύτιμα για τους επιστήμονες δεδομένα.

«Με τις νέες εικόνες του James Webb μπορούμε τώρα να δούμε πώς το ετοιμοθάνατο αστέρι διαλύθηκε εντελώς όταν εξερράγη, αφήνοντας πίσω νήματα που μοιάζουν με μικροσκοπικά θραύσματα γυαλιού. Είναι πραγματικά απίστευτο μετά από τόσα χρόνια μελέτης του Cas A να επιλύουμε τώρα αυτές τις λεπτομέρειες οι οποίες μετασχηματίζουν την οπτική μας για το πώς εξερράγη αυτό το αστέρι» αναφέρει ο Ντάνι Μιλισάβλιεβιτς του αμερικανικού Πανεπιστημίου Purdue, ο οποίος ηγείται της ερευνητικής ομάδας που μελετά τα δεδομένα που κατέγραψε το James Webb από την Κασσιόπη Α.

Κάθε νέο στοιχείο για τη Κασσιόπη Α βοηθά τους επιστήμονες να συμπληρώσουν το παζλ για το πότε και πώς εκρήγνυνται τα μεγάλα, γερασμένα άστρα. Οι εκρήξεις αυτές πιστεύεται ότι σκόρπισαν στο Διάστημα βαριά στοιχεία του περιοδικού πίνακα, από το οξυγόνο μέχρι το ουράνιο, παράγονται από θερμοπυρηνικές αντιδράσεις στους πυρήνες των άστρων. Ανάμεσα τους είναι και στοιχεία όπως το οξυγόνο και ο άνθρακας που αποτέλεσαν δομικά υλικά για την παρουσία της ζωής στην Γη και δεδομένης της αφθονίας τους στο Σύμπαν ίσως έχουν συμβάλει στην εμφάνιση της ζωής και σε άλλους κόσμους.

Naftemporiki.gr

Οι μαύρες τρύπες αποτελούν τα πιο μυστηριώδη αντικείμενα του Σύμπαντος και κάθε εύρημα για αυτές αποτελεί ένα κομμάτι παζλ της ύπαρξης τους που παραμένει σε μεγάλο βαθμό κενό. Νέα σημαντικά στοιχεία για τις μαύρες τρύπες αναμένεται να προσφέρει η ανακάλυψη από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της αρχαιότερης μαύρης τρύπας που γνωρίζουμε μέχρι σήμερα.

Πρόκειται για μια μαύρη τρύπα που βρίσκεται στη καρδιά ενός γαλαξία με την κωδική ονομασία GN-z11 ηλικίας περίπου 13,4 δισ. ετών. Η Μεγάλη Έκρηξη, το μυστηριώδες φαινόμενο από το οποίο προέκυψε το Σύμπαν, υπολογίζεται ότι συνέβη πριν από περίπου 13,7 δισ. έτη. Άρα η μαύρη τρύπα υπήρχε μόλις 300 εκατ. έτη μετά τη γέννηση του Σύμπαντος γεγονός που έτσι και αλλιώς προκαλεί έκπληξη με βάση τις κρατούσες κοσμολογικές θεωρίες έκπληξη που είναι ακόμη μεγαλύτερη αφού σύμφωνα με τη διεθνή ερευνητική ομάδα που μελέτησε τα δεδομένα του James Webb αυτή η αρχέγονη μαύρη τρύπα είχε μάζα περίπου ένα εκατομμύριο φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου.

Σύμφωνα με την κρατούσα θεωρία οι μαύρες τρύπες αυξάνουν το μέγεθος τους απορροφώντας ύλη από άστρα και άλλες κοσμικές δομές (νεφελώματα κ.α.) που βρίσκονται στις περιοχές στις οποίες βρίσκονται και οι μαύρες τρύπες. Όμως το μέγεθος αυτής της πανάρχαιας μαύρης τρύπας είναι πολύ μεγάλο για την ποσότητα των κοσμικών δομών που εκτιμάται ότι υπήρχαν τη συγκεκριμένη χρονική περίοδο σε ένα γαλαξία για να μπορέσουν να υποστηρίξουν τη διόγκωση της μαύρης τρύπας στα επίπεδα που πιστεύεται ότι είχε.

«Η έκπληξη στην ανακάλυψη εστιάζεται στο μέγεθος της μαύρης τρύπας. Ήταν το πιο αναπάντεχο εύρημα» αναφέρει ο αστροφυσικός Ρομπέρτο Μαϊολίνο καθηγητής του Πανεπιστημίου Κέιμπριτζ, επικεφαλής της διεθνούς ερευνητικής ομάδας.

«Η κατανόηση από πού προήλθαν οι μαύρες τρύπες ήταν πάντα ένα παζλ, αλλά τώρα αυτό το παζλ φαίνεται να βαθαίνει. Αυτά τα αποτελέσματα χρησιμοποιώντας τη δύναμη του James Webb για να κοιτάξουμε πίσω στο χρόνο υποδηλώνουν ότι ορισμένες μαύρες τρύπες αναπτύχθηκαν με τεράστιο ρυθμό στο νεαρό Σύμπαν πολύ πιο γρήγορα από ό,τι περιμέναμε» λέει ο καθηγητής Άντριου Πόντζεν κοσμολόγος στο University College του Λονδίνου που δεν συμμετείχε στην έρευνα.

Οι θεωρίες

Μια εξήγηση, γνωστή ως το σενάριο των βαρέων σπόρων, είναι ότι μια πρώιμη γενιά μαύρων τρυπών γεννήθηκε από την άμεση κατάρρευση τεράστιων νεφών αερίου παρά από άστρα που έχουν καταρρεύσει υπό τη βαρύτητα τους στο τέλος της ζωής τους. Μια άλλη πιθανότητα είναι ότι συμπαγή σμήνη άστρων και μαύρων τρυπών συγχωνεύτηκαν πολύ γρήγορα στο πρώιμο Σύμπαν.

Μια τρίτη θεωρία είναι η ύπαρξη των λεγόμενων αρχέγονων μαύρων τρυπών που εμφανίστηκαν κατά τη διάρκεια του κοσμικού πληθωρισμού, την περίοδο της ταχύτερης από το φως διαστολής του Σύμπαντος που συνέβη ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό θα ανατρέψει την κρατούσα κοσμολογική θεωρία ότι οι πρώτα εμφανίζονταν οι γαλαξίες και μετά άρχισαν να αναπτύσσονται μαύρες τρύπες μέσα τους και οι αρχέγονες μαύρες τρύπες θα υφαίνονταν αποτελεσματικά στο ύφασμα του Σύμπαντος από την αρχή.

«Αν αυτό ήταν αλήθεια, θα είχε βαθιές επιπτώσεις στο κλάσμα ανοίγματος του δευτερολέπτου του Σύμπαντος μας. Είτε έτσι είτε αλλιώς, η ιστορία του πώς μεγάλωσαν οι μαύρες τρύπες και οι γαλαξίες είναι μια καθηλωτική ιστορία που μόλις αρχίζουμε να συνδυάζουμε» λέει ο Άντριου Πόντζεν.

Naftemporiki.gr

Το ισχυρότερο διαστημικό τηλεσκόπιο που έχει κατασκευάσει η ανθρωπότητα επιβεβαιώνει κυριολεκτικά σε καθημερινή βάση τις υψηλές δυνατότητες του και τις προσδοκίες που υπήρχαν για αυτό. Σε μια ακόμη πρώτη στο είδος του ανακάλυψη το James Webb ανίχνευσε νερό στην εσωτερική περιοχή ενός δίσκου αερίου και σκόνης που περιβάλλει ένα καυτό νεογέννητο άστρο, δίσκο μέσα στον οποίο δημιουργούνται πλανήτες.

Η ανακάλυψη είναι σημαντική επειδή το νερό, μαζί με άλλα μόρια που χρειάζονται για να σχηματίσουν κόσμους όπως η Γη, βρέθηκαν κοντά σε πολλά τεράστια, νεαρά αστέρια που παράγουν ακραία υπεριώδη ακτινοβολία. Τέτοια ακραία περιβάλλοντα θεωρούνταν προηγουμένως ακατάλληλα για το σχηματισμό βραχωδών πλανητών, αλλά αυτή η νέα ανακάλυψη υποδηλώνει ότι πλανήτες που μοιάζουν σε χαρακτηριστικά με τη Γη (π.χ. είναι βραχώδεις) μπορεί να είναι ικανοί να σχηματιστούν σε ένα ευρύτερο φάσμα κοσμικών περιβαλλόντων από ό,τι πιστεύαμε κάποτε.

Τα ευρήματα θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν καλύτερα πώς σχηματίστηκαν οι πλανήτες του ηλιακού μας συστήματος πριν από περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Η έρευνα αντιπροσωπεύει επίσης τα πρώτα αποτελέσματα από το πρόγραμμα eXtreme Ultraviolet Environments (XUE) που εκτελείται με το James Webb  το οποίο στοχεύει να χαρακτηρίσει τα περιβάλλοντα και τη χημεία των τεράστιων περιστρεφόμενων δίσκων σκόνης και αερίου που περιβάλλουν νεαρά αστέρια από τους οποίους προκύπτουν πλανήτες, αστεροειδείς και κομήτες.

Την ανακάλυψη έκανε ερευνητική ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες του Ινστιτούτου Αστρονομίας Μαξ Πλανκ στη Γερμανία και δημοσιεύουν τα ευρήματα τους στην επιθεώρηση «The Astrophysical Journal Letters». Οι ερευνητές εστίασαν το James Webb στο Νεφέλωμα του Αστακού που βρίσκεται σε απόσταση περίπου 5,5 χιλιάδων ετών φωτός από τη Γη. Το νεφέλωμα αποτελεί περιοχή αστρογένεσης και έχουν εντοπισθεί εκεί 15 δίσκοι ύλης γύρω από νεογέννητα άστρα. Ο δίσκος που μελέτησαν οι ερευνητές έλαβε την ονομασία XUE1.

Επειδή οι συνθήκες που βρίσκονται στον πρωτοπλανητικό δίσκο XUE 1 που βρίσκεται κοντά σε τεράστια άστρα είναι παρόμοιες με τις συνθήκες που βρίσκονται σε άλλες περιοχές σχηματισμού άστρων κοντά στη Γη που είναι γεμάτες με άστρα χαμηλής μάζας τα ευρήματα μας υποστηρίζουν την ιδέα ότι είναι σύνηθες φαινόμενο να σχηματίζονται βραχώδεις πλανήτες γύρω από άστρα διαφορετικής μάζας και σε ένα ευρύτερο φάσμα περιβαλλόντων από ό,τι πίστευαν προηγουμένως οι επιστήμονες.

Naftemporiki.gr

Με δημοσίευση της στην επιθεώρηση «Astrophysical Journal» ερευνητική ομάδα παρουσιάζει τα ευρήματα της από το μοριακό νέφος με την κωδική ονομασία G0.253+0.016 που είναι πιο γνωστό με το παρατσούκλι «το Τούβλο» εξαιτίας της μεγάλης πυκνότητας και έντονης αδιαφάνειας του.
Βρίσκεται στις κεντρικές περιοχές του γαλαξία μας και ενώ δείχνει ότι διαθέτει τις απαραίτητες συνθήκες (μέγεθος, ποσότητες κοσμικής ύλης και αλληλεπιδράσεις ύλης) για να αποτελεί ένα τόπο μαζικής αστρογένεσης ο σχηματισμός νέων άστρων φαίνεται ότι είναι πολύ μικρός.

Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb η ερευνητική ομάδα κατάφερε να συλλέξει σημαντικά δεδομένα μέσα στο Τούβλο. Το πιο ενδιαφέρον ίσως εύρημα είναι η σημαντική παρουσία παγωμένου μονοξειδίου του άνθρακα στο μοριακό νέφος. Φιλοξενεί σημαντικά μεγαλύτερη ποσότητα πάγου μονοξειδίου του άνθρακα από ό,τι αναμενόταν προηγουμένως γεγονός που προσφέρει νέα στοιχεία για την κατανόηση των διαδικασιών σχηματισμού άστρων.

«Οι παρατηρήσεις μας αποδεικνύουν ότι ο πάγος του μονοξειδίου του άνθρακα είναι πολύ διαδεδομένος εκεί σε σημείο που κάθε παρατήρηση στο μέλλον πρέπει να το λαμβάνει υπόψη λέει ο Άνταμ Γκίνσμπουργκ»  αστρονόμος του Πανεπιστημίου της Φλόριντα, επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.

Τα άστρα αναδύονται συνήθως όταν τα αέρια στα νεφελώματα που σχηματίζονται βρίσκονται σε χαμηλή θερμοκρασία και η σημαντική παρουσία πάγου μονοξειδίου του άνθρακα θα έπρεπε να υποδηλώνει μια ακμάζουσα περιοχή σχηματισμού άστρων στο Τούβλο. Ωστόσο, παρά τον πλούτο του μονοξειδίου του άνθρακα, οι ερευνητές βρήκαν ότι το μοριακό νέφος αψηφά τις προσδοκίες. Το αέριο μέσα στο Τούβλο είναι θερμότερο από αντίστοιχα μοριακά νέφη. Αυτές οι παρατηρήσεις αμφισβητούν την κατανόησή μας για την αφθονία του μονοξειδίου του άνθρακα στο κέντρο του Γαλαξία μας και την κρίσιμη αναλογία αερίου προς σκόνη εκεί.

«Με το James Webb ανοίγουμε νέα μονοπάτια για τη μέτρηση μορίων στη στερεή φάση (πάγο), ενώ προηγουμένως περιοριζόμασταν στην εξέταση του αερίου. Αυτή η νέα άποψη μας δίνει μια πιο ολοκληρωμένη ματιά στο πού υπάρχουν τα μόρια και πώς μεταφέρονται» σημειώνει ο Γκίνσμπουργκ.

Naftemporiki.gr

Χρησιμοποιώντας το πανίσχυρο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb ομάδα αστρονόμων παρατήρησε το κοσμικό κουκούλι μέσα στο οποίο βρίσκεται ένα νεογέννητο άστρο. Αυτές οι δομές ονομάζονται Herbig-Haro και δημιουργούνται όταν αστρικοί άνεμοι και πίδακες αερίου που παράγονται από νεογέννητα αστέρια προκαλούν κρουστικά κύματα που πέφτουν με πολύ υψηλές ταχύτητες στο αέριο και τη σκόνη από τα οποία γεννήθηκε το άστρο.

Το Herbig-Haro που διακρίνεται στο κάτω μέρος της εικόνας έλαβε την κωδική ονομασία HH 797. Στο πάνω μέρος της εικόνας διακρίνεται ένα ιδιαίτερα λαμπρό αστέρι  ενώ γύρω του υπάρχουν μερικά μικρότερα σε μέγεθος άστρο με μια λεπτή ομίχλη να καλύπτουν αυτό το αστρικό σύμπλεγμα. Τα υπέρυθρα όργανα όπως το NIRCam του James Webb είναι τέλεια για τη μελέτη νεαρών άστρων και την ανίχνευση αντικειμένων Herbig-Haro επειδή αυτά τα νεφελώματα εμποδίζουν το φως των νεογέννητων άστρων σε όλα σχεδόν τα μήκη κύματος να διαχυθεί στο Διάστημα.

Όμως το υπέρυθρο φως μπορεί να λάμπει μέσα από αυτά τα κουκούλια και τα όργανα του James Webb μπορούν να το εντοπίζουν και οι επιστήμονες να συλλέγουν πολύτιμα στοιχεία από τη διαδικασία γέννησης και εξέλιξης των άστρων στα πρώτα της στάδια η οποία παραμένει ακόμη σε μεγάλο βαθμό αχαρτογράφητη από τους αστρονόμους.

Naftemporiki.gr

Ένα πανάρχαιο γαλαξιακό σμήνος και μια περιοχή γέννησης νέων άστρων στο κέντρο του Γαλαξία είναι η καινούργια… σοδειά του James Webb, του ισχυρότερου διαστημικού τηλεσκοπίου που έχει κατασκευάσει ο άνθρωπος. Το James Webb εντόπισε στα βάθη του Σύμπαντος μια στενά συνδεδεμένη ομάδα 20 πανάρχαιων γαλαξιών που μοιάζει σαν μια κοσμική έλικα ύλης ή σαν μια γαλαξιακή αλυσίδα.

Αυτή η γαλαξιακή δομή έχει μήκος περίπου 13 εκατομμύρια έτη φωτός και πλάτος περίπου 650.000 έτη φωτός. Έλαβε την ονομασία «Κοσμικό Αμπέλι» με τους γαλαξίες που βρίσκονται σε αυτή την ομάδα να έχουν ηλικία 11-12 δισ. έτη. Η μελέτη της δομής να αποκαλύψει πληροφορίες για το πώς σχηματίζονται οι πιο ογκώδεις δομές στο Σύμπαν και ειδικότερα πώς συνέβαινε αυτό στο πρώιμο Σύμπαν.

Το Κοσμικό Αμπέλι είναι σύμφωνα με την ερευνητική ομάδα που μελετά τα δεδομένα που κατέγραψε το James Webb «σημαντικά μεγαλύτερο από άλλες ομάδες ανάλογης ηλικίας γαλαξιών που έχουν εντοπισθεί στο Σύμπαν». Η γαλαξιακή ομάδα έχει μια εκτιμώμενη μάζα περίπου 260 δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών και όπως αναφέρουν οι ερευνητές κάποιοι γαλαξίες της ομάδας όταν έγινε η εκπομπή του φωτός της που εντόπισε το James Webb βρίσκονταν σε φάση αστρογένεσης κάτι που σημαίνει ότι θα μεγάλωναν ακόμη περισσότερο σε όγκο ενώ άλλοι γαλαξίες και πιο συγκεκριμένα οι δύο μεγαλύτεροι της ομάδας φαίνεται ότι είχαν ολοκληρώσει τον κύκλο αστρογένεσης και βρίσκονταν στη φάση της… συνταξιοδότησης.

Το μαιευτήριο

To James Webb επικέντρωσε το πανίσχυρο υπέρυθρο βλέμμα του σε ένα τμήμα του πυκνού κέντρου του γαλαξία μας και πιο συγκεκριμένα σε μια περιοχή σχηματισμού άστρων, που ονομάζεται Τοξότης C (Sgr C) και απέχει μόλις 300 έτη φωτός από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του Γαλαξία, τον Τοξότη Α*.
«Δεν υπήρξαν ποτέ δεδομένα υπέρυθρων σε αυτήν την περιοχή με το επίπεδο ανάλυσης και ευαισθησίας που έχουμε με το James Webb, επομένως βλέπουμε πολλά χαρακτηριστικά εδώ για πρώτη φορά. Το James Webb αποκαλύπτει μια απίστευτη ποσότητα λεπτομέρειας, επιτρέποντάς μας να μελετήσουμε το σχηματισμό άστρων σε αυτό το είδος περιβάλλοντος με τρόπο που δεν ήταν δυνατό στο παρελθόν» αναφέρει Σάμιουελ Κρόου,  προπτυχιακός φοιτητής στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια και επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας.

«Το γαλαξιακό κέντρο είναι το πιο ακραίο περιβάλλον στον Γαλαξία μας, όπου οι τρέχουσες θεωρίες σχηματισμού άστρων μπορούν να τεθούν στην πιο αυστηρή δοκιμασία τους», αναφέρει ο Τζόναθαν Ταν, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Βιρτζίνια, μέλος της ερευνητικής ομάδας
Το τηλεσκόπιο κατέγραψε μια εικόνα από την περιοχή αυτή όπου εκτιμάται ότι εμφανίζονται περίπου 500.000 αστέρια. Υπάρχει ένα σμήνος πρωτοαστέρων –αστέρων που ακόμη σχηματίζονται και αποκτούν μάζα– που παράγουν εκροές που λάμπουν σαν φωτιά στη μέση ενός υπέρυθρου-σκοτεινού νέφους.

Το νέφος από το οποίο αναδύονται οι πρωτοαστέρες  είναι τόσο πυκνό που το φως από τα αστέρια πίσω του δεν μπορεί να φτάσει στο James Webb, με αποτέλεσμα να φαίνεται λιγότερο γεμάτο, ενώ στην πραγματικότητα είναι μια από τις πιο πυκνά γεμάτες περιοχές της εικόνας. Μικρότερα υπέρυθρα-σκοτεινά νέφη που μοιάζουν με τρύπες στο αστρικό περιβάλλον είναι επίσης περιοχές σχηματισμού νέων άστρων.

Naftemporiki.gr