Exploze supernov odhalují univerzální vzorec vzniku hvězd v celém vesmíru

Vědci objevili nový vzrušující způsob, jak zjistit, jak vznikají hvězdy, a to studiem jejich velkolepých zániků. Na základě dat z explodujících hvězd, jako jsou supernovy a gama záblesky, mohou nyní vědci vypočítat hmotnost hvězd v příliš vzdálených oblastech vesmíru, než aby je bylo možné přímo pozorovat. Tento průlom naznačuje univerzální zákonitosti vzniku hvězd, teorii, která bude brzy ověřena pomocí nejmodernějších teleskopů, jako jsou JWST a Euclid.

Inovativní výzkum formování hvězd

Nedávno publikovaný článek v časopise Universe popisuje převratný přístup ke studiu hvězd, který umožňuje sledovat jejich vznik na základě zkoumání jejich zániku. Tato metoda umožňuje vědcům odvodit funkci počáteční hmotnosti (IMF – Initial Mass Function) – rozložení hmotností hvězd po jejich vzniku – pomocí dat ze supernov a gama záblesků. S využitím široce používané výpočetní techniky pro odhad parametrů vědci úspěšně vypočítali IMF ve vzdálených oblastech vesmíru, daleko mimo dosah teleskopických pozorování.

Studie, kterou provedl tým ze Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) v Terstu, Národního ústavu jaderné fyziky (INFN), Ústavu pro fundamentální fyziku vesmíru (IFPU) a Národního ústavu astrofyziky (INAF), zjistila, že IMF v těchto vzdálených oblastech se velmi podobá IMF pozorovanému v blízkých částech vesmíru.

Důkazy o univerzálním IMF

Tato pozoruhodná podobnost naznačuje možnost existence univerzálního IMF – konzistentního vzorce tvorby hvězd v celém vesmíru. Budoucí pozorování vyspělých teleskopů, jako je James Webb Space Telescope (JWST) a Euclid, tuto zajímavou hypotézu prověří a případně potvrdí.

„Zdá se, že všechny hvězdné populace pozorované v našem okolí vykazují překvapivě podobnou funkci počáteční hmotnosti (IMF). To může naznačovat, že IMF je univerzální konstantou vzniku hvězd v jakékoliv oblasti vesmíru. Bohužel přístrojová omezení brání vědcům zkoumat hvězdné populace mimo lokální vesmír a testovat tak univerzálnost IMF,“ vysvětluje Francesco Gabrielli, výzkumník a autor studie. Dalšími spoluautory byli Andrea Lapi a Mario Spera.

Vznik hvězd je jedním z nejzajímavějších procesů ve vesmíru, který probíhá v hustých vnitřních oblastech galaxií prostřednictvím kolapsu a fragmentace mračen molekulárního plynu. Když se masa plynu stane dostatečně horkou a hustou, začne spalovat vodík a zazáří: tehdy se zrodí hvězda.

Supernovy a gama záblesky používané k výpočtu IMF

Nový výzkum začal pohledem zpět, konkrétně z poznatku, že průběh života hvězdy závisí na její hmotnosti. Hmotné hvězdy končí svůj život velkolepými explozemi, kterým se říká supernovy. Předpokládá se, že některé supernovy vyvrhují vysokorychlostní proud materiálu, který vyzařuje gama záření v takzvaném „gama záblesku“. Protože výskyt určitého typu exploze závisí na hmotnosti hvězdy, bude počet takových explozí, k nimž ve vesmíru dojde, záviset na počtu vznikajících hvězd s odpovídající hmotností – jinými slovy na IMF.

Francesco Gabrielli vysvětluje: „Na základě těchto úvah jsme s mou skupinou vyvinuli novou metodu pro určení IMF za hranicemi místního vesmíru. Konkrétně jsme použili výpočetní metodu, která je ve skutečnosti zcela běžná, ale nyní byla poprvé použita k reprodukování počtu supernov a gama záblesků pozorovaných ve vesmíru. Protože tyto veličiny závisí striktně na IMF, umožnilo nám to přesně určit formu IMF, která nejlépe reprezentuje pozorování.“

Testování pozorováním

Tímto přístupem se výzkumníkům poprvé podařilo vyvinout novou metodiku pro stanovení IMF. Zvláště fascinujícím zjištěním bylo, že IMF vypočtený pro vzdálený vesmír byl překvapivě podobný IMF naměřenému v místním vesmíru, což je možný důkaz existence univerzálního IMF.

Gabrielli uzavírá: „Pro astrofyziky je to vzrušující doba, kdy se začínají provádět pozorování mnoha novými teleskopy, jako je JWST a Euclid. V důsledku toho se v příštích letech očekává mimořádný počet pozorování supernov a gama záblesků. Bude vzrušující sledovat, co nám toto nové bohatství dat může říci o IMF a jeho univerzálnosti. Hlubší pochopení IMF by vedlo k významným pokrokům v různých oblastech astrofyziky, včetně vzniku a vývoje hvězd, chemického obohacování vesmíru a pozorování gravitačních vln vysílaných srážejícími se černými dírami.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/supernova-explosions-reveal-universal-pattern-in-star-formation-across-the-cosmos/

autor: František Martinek