Blog

Gali būti, kad pagaliau paaiškėjo, kas pirmą kartą „įjungė šviesą“ ankstyvojoje Visatoje, vadinamuoju kosminės aušros laikotarpiu.

Remiantis „Hubble“ ir Jameso Webbo kosminio teleskopo (JWST) duomenimis, lemiamą vaidmenį atliko mažos nykštukinės galaktikos: jos sužibo, o jų spinduliuotė padėjo prasklaidyti tarpgalaktinėje erdvėje tvyrojusį neutraliojo vandenilio „rūką“. Tyrimas publikuotas 2024 m. vasarį žurnale „Nature“.

„Šis atradimas atskleidžia itin blankių galaktikų esminį vaidmenį ankstyvosios Visatos raidoje. Jos skleidžia jonizuojančius fotonus, kurie kosminės rejonizacijos metu neutralų vandenilį paverčia jonizuota plazma. Tai parodo, kaip svarbu suprasti mažos masės galaktikų reikšmę formuojant Visatos istoriją“, – teigė astrofizikė Iryna Chemerynska iš „Institut d’Astrophysique de Paris“.

Ankstyviausiuose Visatos etapuose, netrukus po Didžiojo sprogimo, erdvę užpildė karšta, tanki jonizuotos plazmos migla. Šviesa per ją beveik nesklido: fotonai sklaidėsi nuo laisvų elektronų, todėl Visata atrodė tamsi.

Vėliau, Visatai vėstant, maždaug po 300 tūkst. metų protonai ir elektronai ėmė jungtis, susiformavo neutralus vandenilis (taip pat nedidelis kiekis helio). Dauguma šviesos bangos ilgių per šią neutralią terpę galėjo sklisti, tačiau trūko pačių šviesos šaltinių. Vis dėlto iš vandenilio ir helio gimė pirmosios žvaigždės.

Pirmųjų žvaigždžių spinduliuotė buvo pakankamai stipri, kad „nuplėštų“ elektronus nuo atomų branduolių ir vėl jonizuotų dujas. Tuo metu Visata jau buvo smarkiai išsiplėtusi, todėl dujos tapo retos ir nebegalėjo sulaikyti šviesos.

Praėjus maždaug 1 mlrd. metų po Didžiojo sprogimo, kosminės aušros laikotarpis baigėsi: Visata tapo visiškai rejonizuota. Kitaip tariant, „šviesos“ jau degė.

Tačiau šį etapą stebėti itin sunku: kosminė aušra yra ir labai tolima, ir blanki, be to, ją užstoja didelis kiekis tarpinės medžiagos. Dėl to ilgą laiką manyta, kad didžiąją „rūko“ sklaidymo darbo dalį turėjo atlikti ypač galingi šaltiniai – pavyzdžiui, milžiniškos juodosios skylės arba didelės galaktikos, kuriose intensyviai gimsta žvaigždės (o jaunos žvaigždės skleidžia daug ultravioletinės spinduliuotės).

JWST, be kita ko, buvo kuriamas tam, kad galėtų pažvelgti į kosminę aušrą. Teleskopas jau pateikė nemažai netikėtumų apie šį lemiamą Visatos formavimosi laikotarpį. Naujausi stebėjimai rodo, kad pagrindiniai rejonizacijos „žaidėjai“ galėjo būti būtent nykštukinės galaktikos.

Tarptautinė mokslininkų komanda, vadovaujama astrofiziko Hakimo Ateko iš „Institut d’Astrophysique de Paris“, analizavo JWST duomenis apie galaktikų spiečių Abell 2744, o išvadas sustiprino „Hubble“ stebėjimais.

Abell 2744 yra labai tankus spiečius, dėl kurio išlinksta erdvėlaikis ir susidaro gravitacinis lęšis: per jį sklindanti tolima šviesa mums atrodo sustiprinta. Tai leido tyrėjams pamatyti itin mažas nykštukines galaktikas, egzistavusias netoli kosminės aušros laikotarpio.

Vėliau, pasitelkę JWST, mokslininkai gavo detalius šių mažų galaktikų spektrus. Analizė parodė, kad jos ne tik yra gausiausias galaktikų tipas ankstyvojoje Visatoje, bet ir gerokai šviesesnės, nei buvo tikėtasi.

Tyrėjų skaičiavimai rodo, kad nykštukinės galaktikos didžiąsias galaktikas galėjo lenkti santykiu 100 prie 1, o jų bendra jonizuojančios spinduliuotės „produkcija“ buvo maždaug keturis kartus didesnė, nei įprastai priskiriama didelėms galaktikoms.

„Šie kosminiai „galingieji“ bendrai išspinduliuoja daugiau nei pakankamai energijos, kad užduotis būtų atlikta. Nepaisant mažo dydžio, šios mažos masės galaktikos yra itin produktyvios energingos spinduliuotės gamintojos, o jų gausa tuo laikotarpiu tokia didelė, kad bendras poveikis gali pakeisti visos Visatos būseną“, – sakė H. Atekas.

Nors tai kol kas vienas įtikinamiausių paaiškinimų, kas paskatino rejonizaciją, tyrėjai pabrėžia, kad darbo dar liko. Analizuota tik nedidelė dangaus sritis, todėl būtina patikrinti, ar stebėtas nykštukinių galaktikų „derlius“ nėra išskirtinė išimtis.

Mokslininkai planuoja tirti daugiau gravitacinių lęšių sričių, kad surinktų platesnę ankstyvųjų galaktikų populiacijų imtį. Vis dėlto net ir šie rezultatai vertinami kaip itin daug žadantys – rejonizacijos paslapties atsakymo ieškoma nuo pat tada, kai šis reiškinys buvo suvoktas, o dabar, panašu, esame vis arčiau galutinio paaiškinimo.

„Su JWST dabar įžengėme į nepažintą teritoriją. Šis darbas atveria dar daugiau įdomių klausimų, į kuriuos turime atsakyti, siekdami sudėlioti mūsų pradžios evoliucinės istorijos žemėlapį“, – teigė astrofizikas Themiya Nanayakkara iš Australijos „Swinburne University of Technology“.

Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale „Nature“.

Gausus nikelio kiekis kadaise vandens apsemtame Marso regione suteikia dar vieną užuominą, kad Raudonoji planeta praeityje galėjo turėti gyvybei tinkamas sąlygas.

Neretva Vallis – senoviniame kanale, kuris kadaise nešė vandenį į Jezero kraterio deltą, – tyrėjai aptiko nikelio koncentracijas, didesnes nei iki šiol kada nors fiksuotas Marso uolienose. Vertinant šį radinį platesniame geologiniame kontekste, metalas padeda atkurti vietovės cheminę istoriją ir papildo dėlionę apie planetos praeities tinkamumą gyvybei.

„Nors nikelis Marse buvo aptiktas ir anksčiau, tai yra stipriausias mūsų iki šiol gautas signalas, neskaičiuojant geležies–nikelio meteoritų, randamų Marso paviršiuje“, – teigė Purdue universiteto planetologas Henry Manelski.

„Paprastai nikelis tiek Žemėje, tiek Marse yra tik mikroelementas, nes didžioji jo dalis planetoms formuojantis nusėda jų branduoliuose. Toks didelis kiekis paviršiuje leidžia daryti svarbias išvadas apie tai, kaip šios uolienos susidarė ir kaip vėliau buvo pakitusios“, – aiškino jis.

Nikelio Marse netrūksta, tačiau dažniausiai jis aptinkamas meteoritų fragmentuose, išsibarsčiusiuose paviršiuje.

2024 m. NASA marsaeigiui „Perseverance“ judant per seniai išdžiūvusį Neretva Vallis, buvo aptikta neįprastų uolienų. Tarp jų – ypač šviesi atidengtos uolienos atkarpa, kurią mokslininkai pavadino Bright Angel.

Bright Angel vietovėje nustatyta požymių, kurie Žemėje neretai siejami su mikrobine veikla: geležies sulfido mineralų, panašių į piritą, taip pat organinių junginių. Šiuos duomenis tyrėjai vertina kaip svarbius aplinkos, kurioje galėjo vykti sudėtingesni cheminiai procesai, indikatorius.

Vykdydamas misiją „Perseverance“ rinko daugelio Neretva Vallis uolienų sudėties duomenis. Analizuodami šią informaciją, H. Manelski ir jo kolegos ieškojo užuominų apie uolienų susidarymą. Būtent tuomet ir išryškėjo neįprastai stiprus nikelio signalas.

Iš 126 nuosėdinių uolienų ir aštuonių uolienų paviršių mėginių tyrėjai rado 32 atvejus, kai nikelio koncentracija siekė iki 1,1 proc. masės. Tačiau svarbu ne tik pats nikelis, bet ir tai, su kokiais kitais mineralais jis aptiktas.

„Nikelio gausus geležies sulfidas Žemėje aptinkamas senovinėse nuosėdinėse uolienose. Geležies sulfidas lengvai irti deguonies turtingoje aplinkoje, todėl jo buvimas senose Žemės uolienose laikomas vienu iš įrodymų, kad ankstyvoji atmosfera buvo labai skurdi deguonies“, – paaiškino H. Manelski.

„Tai ryškiai skiriasi nuo kitos aplinkos, kurioje Žemėje dažnai aptinkamas nikelis – lateritų, t. y. labai išdūlėjusių senovinių dirvožemių. Nikelio aptikimas geležies sulfide leidžia manyti, kad šios uolienos greičiausiai formavosi redukcinėje, arba deguonies stokojančioje, aplinkoje“, – pridūrė jis.

Šių mineralų buvimas taip pat rodo dinamišką vandeningą aplinką. Neretva Vallis uolienos, sprendžiant iš surinktų duomenų, galėjo būti formuojamos vandens srautų, kurie judėjo per nuosėdas ir laikui bėgant skatino chemines reakcijas.

Mokslininkai mano, kad nikelis galėjo būti atneštas meteoritu, vėliau ištirpintas ir vandens perskirstytas. Čia atsiranda dar viena reikšminga detalė: Žemėje nikelis yra svarbus elementas daugeliui organizmų, ypač mikroorganizmams.

Nustatytos nikelio koncentracijos leidžia svarstyti, kad šis elementas galėjo būti biologiškai prieinamas – nors tyrėjai nepateikia teiginių, jog tuo metu ten tikrai egzistavo gyvybė.

„Perseverance“ tirtose uolienose taip pat aptikta organinių junginių – anglies turinčių molekulių. Anglis gali susidaryti ir ne biologiniais būdais, tačiau, kaip ir vanduo, ji yra būtina gyvybei, kokią ją pažįstame Žemėje.

„Ieškant gyvybės įrodymų senoviniame Marse, naudinga lyginti su senovine Žeme. Maždaug prieš 3,5–4 mlrd. metų – tai panašus laikotarpis, kokio amžiaus yra Jezero krateris, – gyvybę Žemėje daugiausia sudarė anaerobiniai mikroorganizmai“, – sakė H. Manelski.

„Dideli nikelio kiekiai, aptikti greta pirmųjų organinės anglies požymių ir makroskopinių redukuotos sieros zonų, leidžia manyti, kad nikelis buvo biologiškai prieinamas. Tai dar labiau sustiprina idėją, kad senoviniame Marse buvo gyvybei reikalingų ingredientų“, – teigė jis.

Šie rezultatai kelia klausimų ir apie tai, kada tokios sąlygos galėjo egzistuoti. Neretva Vallis uolienos gali būti jaunesnės nei kitos Jezero kraterio dalys, todėl tikėtina, kad potencialiai gyvybei tinkamos aplinkos Marse neapsiribojo vien pačia ankstyviausia planetos istorija.

„Mūsų radinys, rodantis galimai tinkamą aplinką senovės mikrobinei gyvybei, leidžia manyti, kad per daug susitelkti į vis senesnių uolienų paieškas gali būti klaidinga kryptis. Turime išlikti atviri netikėtiems atradimams, kad ir kur keliautų mūsų marsaeigiai“, – sakė H. Manelski.

Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale Nature Communications.