JD1 to mała, odległa galaktyka będąca typowym przykładem galaktyki, która spaliła już wodór pozostały po Wielkim Wybuchu.
Międzynarodowy zespół naukowców potwierdził istnienie najsłabszej galaktyki, jaką kiedykolwiek zaobserwowano we wczesnym Wszechświecie. Galaktyka o nazwie JD1 jest jedną z najodleglejszych zidentyfikowanych do tej pory i należy do klasy galaktyk, których światło przebiło się przez mgłę atomów wodoru pozostałą po Wielkim Wybuchu, przepuszczając światło przez Wszechświat i kształtując go w to, co istnieje wokół nas dzisiaj.
Nowego odkrycia dokonano za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, a wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature.
Pierwsze miliardy lat istnienia Wszechświata miały kluczowe znaczenie dla jego ewolucji. Po Wielkim Wybuchu, który nastąpił około 13,8 miliarda lat temu, Wszechświat rozszerzył się i ochłodził na tyle, że mogły w nim powstać atomy wodoru. Atomy wodoru pochłaniały fotony ultrafioletowe emitowane przez młode gwiazdy. Jednak przed narodzinami pierwszych gwiazd i galaktyk Wszechświat pogrążył się w ciemności, przechodząc przez okres znany jako kosmiczne wieki ciemne. Po kilkuset milionach lat pojawiły się w nim pierwsze gwiazdy i galaktyki, które wypełniły Wszechświat energetycznym światłem ultrafioletowym. To światło zaczęło wówczas jonizować „mgłę” wodorową, umożliwiając fotonom swobodne podróżowanie przez przestrzeń i sprawiając, że Wszechświat stał się dla nich przezroczysty.
We współczesnej astronomii priorytetowym celem jest ustalenie cech galaktyk, które dominowały w tamtej erze, znanej jako epoka rejonizacji. Jednak przed opracowaniem teleskopu Webba naukowcom brakowało odpowiednio czułych instrumentów do badania galaktyk pierwszej generacji w zakresie fal podczerwieni. Zdaniem głównego autora odkrycia, Guido Robertsa-Borsaniego z UCLA większość galaktyk znalezionych do tej pory za pomocą Teleskopu Webba to jasne galaktyki, rzadkie i nieuważane za szczególnie reprezentatywne dla klasy młodych galaktyk zamieszkujących wczesny Wszechświat. Jako takie, choć ważne, nie są prawdopodobnie tymi, które zjonizowały całą pierwotną, wodorową mgłę. Jednak z drugiej strony galaktyki skrajnie słabe, takie jak JD1, są znacznie liczniejsze, i z tego powodu naukowcy uważają, że są one także bardziej reprezentatywne dla klasy galaktyk, które w rzeczywistości przeprowadziły proces rejonizacji, umożliwiając światłu ultrafioletowemu przemieszczanie się w przestrzeni i czasie.
JD1 jest tak słaba, że bez użycia potężnego teleskopu jej badanie byłoby bardzo trudne. Znajduje się jednak za dużą gromadą pobliskich galaktyk, znaną jako Abell 2744, których łączna siła grawitacyjna powoduje zakrzywienie i wzmocnienie światła pochodzącego z samej JD1. Dzięki temu wydaje się ona większa i aż 13 razy jaśniejsza, niż jest w rzeczywistości. Ten efekt, znany jako soczewkowanie grawitacyjne, był niezbędny do wykrycia JD1 – bez niego najprawdopodobniej zostałaby przeoczona.
Naukowcy skorzystali z NIRSpec, spektrografu bliskiej podczerwieni zamontowanego na teleskopie Webba, aby uzyskać widmo galaktyki w zakresie światła podczerwonego. Dzięki temu udało się precyzyjnie określić wiek i odległość tej galaktyki od Ziemi, a także poznać liczbę gwiazd oraz ilość pyłu i ciężkich pierwiastków, które powstały w jej stosunkowo krótkim życiu.
Wykorzystując połączenie zjawiska soczewkowania grawitacyjnego galaktyki oraz nowych obrazów uzyskanych za pomocą innego instrumentu badającego kosmos w bliskiej podczerwieni, NIRCam na pokładzie teleskopu Webba, zespół miał możliwość dokładnego zbadania struktury galaktyki. Odkryto, że można to zrobić z dotychczas niespotykaną szczegółowością i rozdzielczością, co pozwoliło uwidocznić trzy główne, wydłużone skupiska pyłu i gazu, w których formują się gwiazdy. Badacze wykorzystali te nowe dane, aby prześledzić światło pochodzące z galaktyki oznaczonej jako JD1 aż do jego pierwotnego źródła, co ujawniło, że jest to zwarta galaktyka o rozmiarze znacznie mniejszym niż starsze galaktyki, takie jak powstała 13,6 miliarda lat temu Droga Mleczna.
Ponieważ światło również potrzebuje czasu, aby dotrzeć do Ziemi, JD1 jest obecnie obserwowana na tym etapie swojej ewolucji, na jakim w rzeczywistości była przed około 13,3 miliardami lat, gdy Wszechświat miał zaledwie około 4% swojego obecnego wieku.
Autorzy pracy zaznaczają, że tego rodzaju badania nie były możliwe przed erą JWST, a dziś połączenie mocy obserwacyjnej Teleskopu Webba i silnego efektu soczewkowania grawitacyjnego to rewolucja w astrofizyce, pozwalająca nam na nowo pisać książkę o tym, jak galaktyki tworzyły się i ewoluowały bezpośrednio po Wielkim Wybuchu.
Więcej informacji:
- Astrophysicists confirm the faintest galaxy ever seen in the early universe
- The nature of an ultra-faint galaxy in the cosmic dark ages seen with JWST
Źródło: UCLA
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Rzutowany obraz galaktyki JD1 (wstawka), która znajduje się za jasną gromadą galaktyk Abell 2744. Źródło: Guido Roberts-Borsani/UCLA); oryginalne zdjęcie: NASA, ESA, CSA, Swinburne University of Technology, University of Pittsburgh, STScI