Астрономы получили подсказку: спектральные линии марганца уточнят возраст Вселенной

Астрономы нашли неожиданный способ определять возраст далеких галактик, используя ионизированную форму марганца. Исследователи из Университета штата Огайо описали эту методику в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Фото: commons.wikimedia.org by Ngc1535, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

Космос

Для "хронометража" Вселенной ученые предлагают использовать спектральные линии элемента [Mn III]. Марганец — относительно редкий элемент, который крайне слабо проявляет себя в видимом спектре, зато активно светится в ультрафиолете. Из-за этого его долгое время игнорировали при изучении облаков газа и пыли, называемых областями H II, и остатков сверхновых.

Механизм работы марганцевого "часового механизма" основан на разнице в скорости появления элементов. Тяжелые элементы во Вселенной образуются в ходе взрывов сверхновых двух типов. Сверхновые типа II происходят быстро, спустя миллионы лет после формирования сверхмассивных звезд. Сверхновые типа Ia — продукт гибели более стабильных звезд — случаются через миллиарды лет. Поскольку марганец накапливается именно в сверхновых типа Ia, соотношение этого элемента к железу в галактике меняется с течением времени. Замер этого показателя дает ученым возможность вычислить, сколько времени прошло с момента образования звездных структур.

Чтобы превратить теорию в рабочий инструмент, авторы работы провели масштабное компьютерное моделирование. Они рассчитали 1421 энергетический уровень атомов марганца и проанализировали 703 сценария столкновений электронов с этими атомами, опираясь на базы данных Национального института стандартов и технологий (NIST). Полученные расчеты позволяют астрономам интерпретировать световое излучение, исходящее от марганца в условиях космических температур и плотностей.

Метод особенно актуален для работы с телескопом "Джеймс Уэбб" (JWST), так как часть необходимых спектральных линий марганца находится в ближнем инфракрасном диапазоне. Включение этого элемента в арсенал астрофизических методов поможет точнее датировать объекты ранней Вселенной, где темпы звездообразования значительно замедлились, несмотря на сохранение запасов водорода.