ALMA bada najbardziej odległą z pylistych galaktyk

Astronomowie badający kosmos z pomocą sieci anten ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) dostrzegli światło ogromnej galaktyki, widzianej teraz taką, jaką była zaledwie 970 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Ta galaktyka to MAMBO-9 – najdalsza znana pylista galaktyka gwiazdotwórcza, jaką zaobserwowano bez pomocy soczewki grawitacyjnej.

Pełne pyłu galaktyki gwiazdotwórcze są najintensywniejszymi gwiezdnymi żłobkami we Wszechświecie. Tworzą nowe gwiazdy z tempem ich przyrostu nawet kilka tysięcy razy przekraczającym jedną gwiazdę o masie Słońca na rok (dla porównania – tempo formowania się gwiazd w Drodze Mlecznej to zaledwie trzy masy Słońca rocznie!), zawierając przy tym ogromne ilości gazu i pyłu. Oczekiwano niegdyś, że takie galaktyki nie powinny powstawać w samym początku istnienia Wszechświata, ale niedawno astronomowie odkryli kilka z nich, które najwyraźniej były obecne już wtedy, gdy nasz kosmos liczył sobie mniej niż miliard lat. Jedną z nich jest galaktyka SPT0311-58, którą ALMA zaobserwowała w 2018 roku.

Naukowcy podejrzewają przy tym, że pyliste galaktyki gwiazdotwórcze odgrywają ważną rolę w ewolucji Wszechświata. Ale nie jest wcale łatwo znaleźć je na niebie. Wiemy, że tam są, ale są wyjątkowo trudne do dostrzeżenia, ponieważ światło tworzących je gwiazd ukryte jest właśnie w obłokach nieświecącego pyłu.

Emisja optyczna galaktyki MAMBO-9 została wykryta już dziesięć lat temu przez współautora omawianej teraz pracy – Manuela Aravenę – z pomocą instrumentu Max-Planck Millimeter BOlometer (MAMBO), zainstalowanego na 30-metrowym teleskopie IRAM w Hiszpanii. Ale te obserwacje nie były wystarczająco czułe, aby pozwolić astronomom na oszacowanie odległości do galaktyki. Mieliśmy pewne wątpliwości, czy nasze odkrycie jest prawdziwe, ponieważ nie mogliśmy [jej] znaleźć z użyciem innych teleskopów. Ale jeśli było prawdziwe, musiała ona znajdować się bardzo daleko – wspomina teraz Aravena, który był wówczas doktorantem, a obecnie pracuje dla Universidad Diego Portales w Chile.

Dzięki przełomowej czułości sieci ALMA, Caitlin Casey i jej zespół mogli teraz poprawnie wyznaczyć odległość do MAMBO-9. Wykryliśmy tę galaktykę dzięki nowym obserwacjom ALMA, specjalnie zaprojektowanym w celu identyfikacji pylistych galaktyk gwiazdotwórczych we wczesnym Wszechświecie – mówi Casey. Szczególne w tej konkretnej obserwacji jest to, że okazała się to być najbardziej odległa z pylistych galaktyk, jakie kiedykolwiek dotąd mogliśmy widzieć bez przeszkód.

Światło odległych galaktyk jest często przesłaniane przez inne galaktyki leżące bliżej nas. Galaktyki „pierwszego planu” działają wtedy jako soczewka grawitacyjna: wyginają światło bardziej odległych galaktyk. Ten efekt soczewkowania grawitacyjnego ułatwia teleskopom wykrywanie odległych obiektów (w ten sposób sieć ALMA mogła na przykład zaobserwować i zbadać galaktykę SPT0311-58). Ale soczewka jednocześnie zniekształca także sam obraz obiektu, utrudniając dostrzeżenie szeregu jego szczegółów.

Teraz jednak astronomowie zobaczyli MAMBO-9 bezpośrednio, bez soczewki, co pozwoliło im m.in. zmierzyć jej masę. Całkowita masa gazu i pyłu w galaktyce jest ogromna: dziesięć razy większa niż wszystkie gwiazdy Drogi Mlecznej wzięte razem. Oznacza to, że galaktyka ma dopiero przed sobą budowę większości swoich gwiazd – wyjaśnia Casey. Ponadto galaktyka ta składa się z dwóch części i jest obecnie na etapie łączenia ich ze sobą.

Casey ma nadzieję, że jej zespołowi uda się znaleźć nawet bardziej odległe pyliste galaktyki – dzięki sieci ALMA. Wówczas być może dadzą nam one wgląd w ich rzeczywiste ilości oraz to, w jaki sposób te masywne galaktyki powstały tak wcześnie we Wszechświecie i dlaczego są aż tak bardzo wypełnione pyłem. Pył jest zwykle produktem ubocznym śmierci gwiazd – podsumowuje. W typowej galaktyce spodziewamy się zobaczyć sto razy więcej gwiazd niż pyłu. Ale MAMBO-9 nie wytworzyła jeszcze tylu gwiazd, więc chcemy dowiedzieć się, w jaki sposób pył ten mógł utworzyć się tak szybko po Wielkim Wybuchu.

Światło, wyemitowane przez MAMBO-9, podróżowało do nas przez około 13 miliardów lat, by dotrzeć teraz do anten ALMA. Sam kosmos ma na dziś dzień około 13,8 miliarda lat. Oznacza to, że możemy zobaczyć, jak galaktyka ta wyglądała w bardzo odległej przeszłości. Dzisiaj ta sama galaktyka byłaby prawdopodobnie jeszcze większa i liczyła sobie sto razy więcej gwiazd niż Droga Mleczna, będąc przy tym członkiem ogromnej gromady galaktyk.

Czytaj więcej: