LULU NYEUSI: ALAMA YA KIDOLE YA VUMBI MIAKA MILIONI 500 BAADA YA MLIPUKO MKUU

Darubini ya Anga ya James Webb inaendelea kugundua kwamba galaksi zilijaa metali na vumbi kwa kasi ya kushangaza, ndani ya miaka bilioni moja ya kwanza ya historia ya ulimwengu. Vumbi lililo mbali kiasi hicho ni gumu kuchunguza: mng’ao wake wa joto wenyewe ni mgumu mno kugundua. Lakini vumbi pia huacha alama kwenye mwanga wa nyota unaopita ndani yake, na alama moja inaeleza mengi hasa.

Bonde katika urujuanimno

Katika Njia ya Maziwa, vumbi hufifisha mwanga wa urujuanimno kwa “nundu” pana yenye kitovu karibu na ångström 2,175: bonde katika spektra, sifa yenye nguvu zaidi ya mkunjo wa ufifishaji wa Galaksi yetu. Kwa kawaida inahusishwa na chembe ndogo au molekuli zenye kaboni nyingi, ingawa ni zipi hasa bado inabishaniwa — chembe ndogo za grafiti, haidrokaboni za aromatiki zenye pete nyingi (PAH) na kaboni isiyo na umbo maalum ni miongoni mwa wagombea. Kando ya mielekeo tofauti ya kutazama katika Njia ya Maziwa, upana na nguvu ya nundu hubadilika, lakini mahali pa kitovu chake ni thabiti kwa kushangaza.

Webb imepeleka utafutaji huu hadi ulimwengu wa mapema. Ugunduzi muhimu ulitokea katika galaksi yenye mhamo-mwekundu wa 6.71, takriban miaka milioni 800 baada ya Mlipuko Mkuu, yenye nundu inayofikia kilele karibu na Å 2,263 — nyekundu zaidi kuliko katika Njia ya Maziwa. Nyingine, yenye mhamo-mwekundu wa 7.11, inafikia kilele kwenye Å 2,257. Kwa wastani, nundu inaonekana kudhoofika kadiri tunavyorudi nyakati za mapema zaidi.

Galaksi yenye mhamo-mwekundu wa 9.33

Giulia Rodighiero, wa Chuo Kikuu cha Padua na INAF, na waandishi wenza wapatao hamsini kutoka Ulaya, Amerika na Asia walipitia spektra za NIRSpec za Webb kutoka programu mbili zilizoratibiwa, ZENITH na EMBER. Walichunguza vyanzo vyenye mhamo-mwekundu zaidi ya 8, ambapo eneo la Å 2,175 limefunikwa, bila kuchagua vile ambavyo tayari vilionyesha nundu. Kimoja kilijitokeza. Wanakiita Lulu Nyeusi — makala haisemi kwa nini.

Mistari ya utoaji ya hidrojeni na oksijeni inaiweka kwenye mhamo-mwekundu wa 9.3335, ikionekana jinsi ilivyokuwa takriban miaka milioni 500 baada ya Mlipuko Mkuu. Ni galaksi ndogo kiasi, yenye masi ya nyota ya takriban jua 10^8.35, ikiunda nyota zenye thamani ya takriban jua 2.4 kwa mwaka, na mojawapo ya galaksi zinazong’aa zaidi katika urujuanimno zilizothibitishwa kwa spektroskopia zaidi ya mhamo-mwekundu wa 9.

Njia mbili za kuona bonde lilelile

Spektra yake inaonyesha mbonyeo mpana hasa mahali ambapo nundu ya vumbi ingekaa. Timu iliipima kwa njia mbili zinazojitegemea.

Kwanza, moja kwa moja: kulinganisha mwendelezo wa urujuanimno na mkunjo laini na kupima ufifishaji wa ziada. Bonde linagunduliwa kwa sigma 17.6, na kuongeza umbo la nundu kunaboresha ulinganifu kwa kiasi kikubwa sana (χ² ya 474 inashuka hadi 8.2). Umbo hilo linafikia kilele kwenye Å 2,132 ± 17, likiwa na upana wa Å 413 ± 54 na ufifishaji wa kilele wa magnitudi 0.21. Ukaguzi unaondoa uwezekano wa mstari wa utoaji wa kaboni ulio karibu na mchanganyiko wa mistari isiyotenganishwa kuwa chanzo.

Pili, kwa modeli kamili ya galaksi — nyota, gesi, vumbi na fotometria — ikitumia sheria nyumbufu ya vumbi ambamo mahali na upana wa nundu viko huru. Historia zote mbili za uundaji wa nyota zilizojaribiwa zinapata nundu, karibu na Å 2,147 na 2,168, zinazoendana na kipimo cha moja kwa moja ingawa kwa usahihi mdogo.

Je, shimo jeusi linaweza kuwa linaighushi? Kiini amilifu kinaweza kutoa msitu wa mistari ya chuma inayoiga bonde. Mistari ya utoaji inaashiria uga mkali wa mnururisho na inaacha nafasi kwa mchango fulani kutoka kwa kiini, lakini si mchango wenye nguvu ya kutawala urujuanimno. Waandishi wanapendelea vumbi, huku wakibainisha kwamba kiini, “pengine hata kikubwa”, hakiwezi kuondolewa kwa uhakika.

Kimehamia upande usio sahihi

Upana unalingana na wa Njia ya Maziwa. Mahali hapalingani: Å 43 kuelekea buluu zaidi kuliko wastani wa Galaksi yetu, kwa takriban sigma 2.5, na takriban Å 127 kuelekea buluu zaidi kuliko nundu mbili zinazojulikana karibu na mhamo-mwekundu wa 7, ambazo zimehamia upande wa nyekundu. Kwa waandishi, utofauti huo unapinga wazo la nundu moja ya ulimwengu wote katika ulimwengu wa mapema: chembe za vumbi zinazoisababisha huenda zilitofautiana kutoka galaksi moja hadi nyingine.

Ni nini hasa? Hesabu za chembe ndogo kabisa za grafiti zinakaribia umbo la Lulu Nyeusi, tofauti na kisa cha awali cha mhamo-mwekundu wa 6.71. Baadhi ya molekuli moja moja za PAH pia zinaweza kuliiga — lakini PAH ni adimu katika galaksi zenye metali kidogo kwenye mhamo-mwekundu wa chini zaidi, na mnururisho mkali unaokisiwa hapa unaweza kuharibu zile ndogo kabisa. Zote mbili zinabaki kuwa zinawezekana.

Vumbi ndani ya miaka milioni 200

Saa inayohusika si miaka milioni 500 tangu Mlipuko Mkuu bali muda tangu galaksi ianze kuunda nyota. Ikiwa hilo lilianza karibu na mhamo-mwekundu wa 14, takriban miaka milioni 200 ilipatikana. Supanova, ukuaji wa chembe kati ya nyota na pengine nyota za AGB zinazobadilika kwa kasi zaidi zinaweza kuchangia; kila moja ilichangia kiasi gani bado ni swali wazi.

Hii ni galaksi moja, mhamo wa nundu yake ni muhimu kwa takriban sigma 2.5 tu, na mikunjo ya ufifishaji haioani kwa namna moja tu na aina za chembe. Makala imewasilishwa kwa jarida la ApJ. Ujumbe wake ni kwamba umbo la nundu, na si kuwepo kwake tu, sasa linaweza kufuatilia jinsi vumbi la kwanza lilivyotengenezwa.