Νέα ερευνητική μελέτη που δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal από τους αστροφυσικούς Shyam H. Menon και Aaron Smith προσφέρει μια τεκμηριωμένη απάντηση στο αίνιγμα της απροσδόκητης αφθονίας εξαιρετικά φωτεινών γαλαξιών που κατέγραψε το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) κατά την Κοσμική Αυγή, μόλις λίγα εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Σύμφωνα με τα ευρήματα της ομάδας, η ακτινοβολία λαιμάν-άλφα (Lyα) λειτούργησε ως καταλυτικός μηχανισμός που εκδίωξε τα πυκνά νεφελώματα αερίου και σκόνης, επιτρέποντας στο φως των πρώιμων αστρικών σμηνών να ταξιδέψει ελεύθερο στο διάστημα.
Lyman-Alpha (Lyα): Ο μηχανισμός της ακτινοβολίας και οι υπολογιστικές προκλήσεις
Η ακτινοβολία Lyman-Alpha (Lyα) παράγεται όταν ένα ηλεκτρόνιο σε άτομο υδρογόνου μεταβαίνει από μια διεγερμένη κατάσταση στη θεμελιώδη. Καθώς το υδρογόνο αποτελεί το πιο αφθονο στοιχείο στο σύμπαν, τα άτομα απορροφούν και επανεκπέμπουν σχεδόν ακαριαία την ακτινοβολία αυτή σε έναν συνεχή κύκλο.
Η συγκεκριμένη διαδικασία προσδίδει στην ακτινοβολία τεράστια μηχανική ισχύ, επιτρέποντάς της να ασκεί ισχυρή πίεση στο περιβάλλον υδρογόνο. Παρά τη γνωστή της σημασία, η ακριβής αποτύπωση της δράσης της σε ρεαλιστικά περιβάλλοντα ήταν μέχρι σήμερα εξαιρετικά δύσκολη λόγω των υψηλών υπολογιστικών απαιτήσεων που προαπαιτεί η προσομοίωσή της.
Η μέθοδος COLT και η εκτόξευση της διαστρικής σκόνης
Για να παρακάμψουν τα υπολογιστικά εμπόδια, οι Menon και Smith δεν επιχείρησαν μια πλήρη εξ ολοκλήρου προσομοίωση, αλλά αναέλυσαν στιγμιότυπα από υπάρχουσες υδροδυναμικές προσομοιώσεις ακτινοβολίας πυκνών νεφών χρησιμοποιώντας τον εξειδικευμένο κώδικα COLT Monte Carlo.
Η ανάλυση έδειξε ότι στα πιο συμπαγή και πυκνά νήματα των αστρικών σμηνών, η βαρύτητα ήταν πολύ ισχυρή για να νικηθεί από την ακτινοβολία, επιτρέποντας τη συνέχιση του σχηματισμού νέων άστρων με υψηλή αποδοτικότητα.
Ωστόσο, μόλις ο αστρικός σχηματισμός έφτασε σε σημείο κορεσμού, η πίεση της ακτινοβολίας λαιμάν-άλφα κατάφερε να ωθήσει το πιο αραιό αέριο και τη σκόνη σε εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες. Η διαδικασία αυτή πυροδότησε εκρηκτικούς ανέμους που εκτίναξαν τα υλικά εκτός των γαλαξιών, διαλύοντας την «ομίχλη» που σκέπαζε τα αστρικά σμήνη.
Απομακρύνοντας το αδιαφανές κάλυμμα αερίου, η ακτινοβολία κατέστησε τους γαλαξίες ορατούς και εξήγησε την αυξημένη φωτεινότητα που παρατηρεί το τηλεσκόπιο JWST στις απαρχές του σύμπαντος.