Naukowcy badający odległy wszechświat odkryli populację starożytnych galaktyk, które rozbłysły po raz pierwszy miliardy lat temu. Odkrycia te oferują wgląd w początki naszej kosmicznej historii.
Badane galaktyki te, znane jako emitery Lyman Alpha (LAE), zostały uchwycone podczas pierwszej fali formowania się gwiazd, czyli w zasadzie w chwili ich „kosmicznych narodzin”. Obserwując ten proces, naukowcy odkrywają pochodzenie galaktyk, takich jak nasza Droga Mleczna, dając nam wgląd w to, jak dorastał wszechświat.
Pierwsze spojrzenia na „kosmiczne południe”
Zespół astronomów pod przewodnictwem badacza z Rutgers University-New Brunswick zdobył ekscytujący wgląd we wczesny wszechświat. Zaglądając w okres znany jako „kosmiczne południe”, około 2 do 3 miliardów lat po Wielkim Wybuchu, odkryli oni specjalną klasę starożytnych galaktyk w trakcie ich pierwszej fali formowania się gwiazd.
To odkrycie oferuje cenne wskazówki dotyczące tego, jak galaktyki rosną i ewoluują, pomagając naukowcom złożyć w całość najwcześniejsze rozdziały historii wszechświata. Te galaktyki są jednymi z najstarszych i najjaśniejszych, a naukowcy wykorzystali zaawansowane obrazowanie i uczenie maszynowe, aby zbadać je w szczytowej erze aktywności.
Kosmiczne latarnie wczesnego wszechświata
LAE świecą intensywnym światłem, ponieważ szybko tworzą nowe gwiazdy. W miarę rozszerzania się wszechświata emitowane przez nie światło ultrafioletowe rozciąga się do długości fal, które możemy wykryć z Ziemi. Te galaktyki mają ponad 12 miliardów lat, co czyni je jednymi z najwcześniejszych i najważniejszych kosmicznych skłądników wszechświata.
LAE zostały zidentyfikowane jako prekursorzy typowych współczesnych galaktyk, takich jak nasza Droga Mleczna. Teraz, gdy wiemy, kiedy po raz pierwszy uformowały się ich gwiazdy, odkryliśmy historię powstania naszej własnej galaktyki.
Droga Mleczna na czystym niebie nad Cerro Tololo Inter-American Observatory w Chile oraz sylwetka Nicole Firestone, studentka ostatniego roku Rutgers i pierwsza autorka omawianego artykułu. Źródło: Nicole Firestone/Rutgers University
Pochodzenie Drogi Mlecznej
Pierwotną motywacją do badania starożytnych galaktyk było zrozumienie, jak wyglądała Droga Mleczna, kiedy po raz pierwszy zaczęła formować gwiazdy. Wcześniejsze badania Erica Gawisera wykazały, że LAE będą rosły i ewoluowały, aż będą przypominać dzisiejszą Drogę Mleczną.
Do tej pory pozostawało otwarte pytanie, czy zajrzeliśmy wystarczająco daleko wstecz w czasie, aby znaleźć punkty początkowe Drogi Mlecznej i podobnych do niej galaktyk. „Teraz wiemy, że odpowiedź na to pytanie brzmi: »Tak!«
Pierwsza fala formacji gwiazd czy odrodzenie?
Naukowcy od dawna zastanawiali się, czy LAE to galaktyki doświadczające pierwszej fali formowania się gwiazd, czy też są to starsze galaktyki, które wznowiły formowanie się gwiazd po okresie bezczynności. To rozróżnienie jest kluczowe dla zrozumienia ewolucji galaktyk w czasie kosmicznym, powiedzieli naukowcy.
Po raz pierwszy udało nam się definitywnie wykazać, że większość LAE doświadcza pierwszego dużej fali formowania się gwiazd i zawiera tylko bardzo młode gwiazdy.
Uczenie maszynowe pomaga badać kosmiczną historię
Wykorzystali dane z projektu ODIN, przeglądu nieba, którego nazwa jest skrótem od „One-hundred-deg2 DECam Imaging in Narrowbands”. W projekcie wykorzystano kamerę Dark Energy Camera w Cerro Tololo Inter-American Observatory w Chile. Ta kamera rejestruje obrazy odległego wszechświata na dużym obszarze nieba. Do analizy naukowcy wykorzystali technikę uczenia maszynowego, aby przeanalizować światło z tych galaktyk i wywnioskować ich właściwości fizyczne, w tym tempo formowania się gwiazd jako funkcję czasu. Ta metoda pozwoliła im odtworzyć szczegółową „historię życia” każdego LAE w ich próbce.
Badanie wykazało, że 95% LAE znajduje się w szczytowej fazie formowania gwiazd. Wynik ten potwierdza, że LAE znajdują się na kluczowym wczesnym etapie rozwoju, pomagając naukowcom zrozumieć oś czasu i procesy związane z formowaniem się galaktyk. To odkrycie pomaga nam zrozumieć, co dzieje się z naszymi własnymi Galaktyka Droga Mleczna wyglądała tak, jak zaczęły się w niej formować gwiazdy.
Więcej informacji: publkacja “ODIN: Star Formation Histories Reveal Formative Starbursts Experienced by Lyα-emitting Galaxies at Cosmic Noon” autorów Nicole M. Firestone i inni, 4 June 2025, The Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/adbf8c
Opracowanie: Joanna Molenda-Żakowicz
Na ilustracji: Obszar formowania się gwiazd Sharpless 2-106. Źródło: NASA/Hubble Space Telescope.
