Вік далеких галактик можна визначати за металом, поширеним у земній корі. Астрономи розрахували, як світяться його іони в міжзоряному середовищі. Кількість цього металу у Всесвіті зростає з плином часу. За його вмістом видно, наскільки давню картину показує спостереження.
Метал, що накопичується
Марганець належить до групи заліза, а у Всесвіті він з’являється завдяки надновим двох різних типів. Масивні зорі вибухають уже через мільйони років після формування. Так виникають наднові типу II. Стабільніші світила спалахують значно пізніше, через мільярди років. Це наднові типу Ia.
У другому випадку марганець утворюється значно швидше, тому його співвідношення із залізом у міжзоряному газі поступово змінюється. Чим вищий вміст цього металу, тим пізнішу епоху в історії Всесвіту фіксує вимірювання.
Складність спостережень
У Всесвіті марганцю приблизно у сто разів менше, ніж заліза. Найпомітніші його лінії лежать в ультрафіолеті, який майже не проходить крізь земну атмосферу. Через це, як зазначає Universe Today, для вивчення залишків наднових і хмар іонізованого водню цей елемент використовували рідко.
За вмістом марганцю астрономи вже давно оцінюють внесок наднових типу Ia у хімічний склад нашої Галактики, але роблять це за спектрами окремих зір. Такий підхід працює лише для порівняно близьких об’єктів, бо на великих відстанях розділити галактику на окремі світила неможливо.
Розрахунки на суперкомп’ютері
Обійти цю перешкоду вдалося без нових спостережень. На потужних обчислювальних системах змоделювали 1421 енергетичний рівень іонів марганцю і порівняли результат із базами атомних даних Національного інституту стандартів і технологій.
Далі прорахували 703 варіанти зіткнень електронів з іонами та випромінювання, яке виникає після кожного з них. Отриманий набір показує, які емісійні лінії шукати за різних температур і густин газу. Окремі лінії виявилися дуже чутливими до цих умов, тому за ними можна оцінювати стан залишків наднових та інших великих газових хмар, про що йдеться в повідомленні Університету штату Огайо.
Перевірка на телескопах
Деякі з розрахованих ліній припадають на інфрачервоний діапазон, доступний космічному телескопу James Webb. Команда планує перевірити передбачення реальними спостереженнями на ньому і на наземних обсерваторіях.
Результати вже опубліковані в рецензованому журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, хоча самі розрахунки поки не мають спостережного підтвердження. Перший автор статті Зер Самак працює в Університеті Аль-Акса в Газі, а співавтори Султана Нахар і Аніл Прадхан представляють Університет штату Огайо.
За словами Аніла Прадхана, поєднання даних про марганець з відомостями про кисень і сірку може дати змогу побачити найдавніші епохи, які взагалі піддаються спостереженню. Розраховані таблиці виклали у відкритий доступ, щоб інші групи звіряли з ними власні виміри.
