Piotr Spinalski

Pył stanowi ważny element ośrodka międzygwiazdowego w galaktykach i jest związany z wieloma procesami fizycznymi. Kluczowe więc jest zrozumienie czynników, które wpływają na jego powstawanie i niszczenie. W najnowszych badaniach, zespół naukowców pod przewodnictwem dr hab. Ambry Nanni z Zakładu Astrofizyki NCBJ przeanalizował wpływ zjawiska fotoparowania na przetrwanie pyłu w ośrodku międzygwiazdowym galaktyk.

Cząsteczki pyłu istniejące w przestrzeni kosmicznej odpowiadają nie tylko za powstawanie nowych molekuł i ochładzanie gazu (co ma bezpośredni wpływ na tworzenie się nowych gwiazd), lecz również, przez pochłanianie oraz emisję promieniowania, wpływają na rozkład energii w galaktykach, a także na szacowanie ich właściwości fizycznych, takich jak szybkość formowania się gwiazd, czy masa gwiazdowa. Ilość pyłu ulega zmianom poprzez zachodzące procesy, takie jak astracja (włączanie gazu i pyłu do nowo powstających gwiazd), fale uderzeniowe pochodzące z supernowych, czy wielkoskalowe galaktyczne odpływy. Innym zjawiskiem, które może wpływać na ilość pyłu jest tzw. fotoparowanie, jednak jego efektywność nie została jeszcze dobrze zbadana.

W obszarach, gdzie zachodzą intensywne procesy formowania się gwiazd oraz w okolicach mgławic planetarnych, powstaje duża ilość wysokoenergetycznego promieniowania. Fotony z zakresu widzialnego oraz ultrafioletu są absorbowane przez cząsteczki pyłu, podgrzewając je. Pył ten może wyparować, jeżeli osiągnie odpowiednio wysoką temperaturę. Z tego powodu proces ten (zwykle nazywany „fotoparowaniem”) może więc mieć swój wkład w niszczenie pyłu międzygwiezdnego, zwłaszcza w galaktykach o niskiej metaliczności i we wczesnych etapach powstawania Wszechświata, kiedy gwiazdy były gorętsze i wytwarzały dużo bardziej intensywne pole promieniowania. Wpływ zjawiska fotoparowania na ewolucję galaktyk stał się przedmiotem badań, w których uczestniczyła grupa naukowców z Zakładu Astrofizyki NCBJ, pod przewodnictwem dr hab. Ambry Nanni.

Modele teoretyczne, które opisują ewolucję gazu, pyłu i metali w galaktykach, zawierają opis procesów powstawania, wzrostu i usuwania pyłu. Zmniejszająca się z czasem ilość pyłu jest w nich przypisywana głównie zjawiskom, takim jak odpływy, czy wstrząsy pochodzące z supernowych, jednak niedawne obserwacje sugerują, że niszczenie pyłu najprawdopodobniej następuje różnymi drogami, w zależności od etapu ewolucji. „To spowodowało nasze zainteresowanie badaniem wpływu różnych procesów na przetrwanie pyłu w ośrodku międzygwiezdnym galaktyk” – opisuje dr hab. Ambra Nanni z Zakładu Astrofizyki NCBJ, pierwszy autor publikacji. „Skupiliśmy się na tym, czy poza falami uderzeniowymi z supernowych, odpływami galaktycznymi i procesem astracji, również fotoparowanie może efektywnie wpływać na zanikanie pyłu w ośrodku międzygwiazdowym”.

Naukowcy przeanalizowali wyniki modelu ewolucji gazu i pyłu z uwzględnieniem wszystkich powyższych procesów, jak również dla różnych konfiguracji, zarówno w skali czasu – krótkich (rzędu poniżej 100 milionów lat) oraz długich (rzędu miliardów lat), jak i wpływu środowiska (w zależności od tego, czy gwiazdy były odizolowane, czy występowały w gromadach). Otrzymane wyniki pozwoliły określić część pyłu, jaka była niszczona na skutek zjawiska fotoparowania. „Ustaliliśmy, że zjawisko to odpowiada za niszczenie bardzo niewielkiej części pyłu w galaktykach, rzędu 10^–8 – 10^–6 na każdą masę Słońca w powstających gwiazdach, w zależności od różnych czynników, np. w otoczeniu masywnych gromad gwiazdotwórczych, wyparowuje więcej pyłu, niż w okolicach gwiazd powstających w odizolowaniu” – wyjaśnia dr hab. Nanni. „Okazuje się więc, że fotoparowanie odgrywa niewielką rolę w zmianach ilości pyłu. Dodatkowo, w obserwacjach astronomicznych jesteśmy zwykle w stanie określić stosunek masy gazu i pyłu do masy gwiazd z dokładnością rzędu 10^–4, więc znacznie większą, niż przewidywany wpływ fotoparowania na usuwanie pyłu z ośrodka międzygwiazdowego”.

Pełne wyniki badań są dostępne w publikacji: Dust survival in harsh environments. Investigating the relevance of photo-evaporation process; A. Nanni, S Cristallo, D. Donevski, M.J. Michałowski, M. Romano, P. Sawant, A&A, DOI: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202348024