Sześć bardzo masywnych galaktyk odkrytych we wczesnym Wszechświecie burzy niemal wszystko to, co naukowcy wcześniej wiedzieli na temat pochodzenia takich obiektów.
Obiekty są o wiele masywniejsze niż oczekiwano. Spodziewaliśmy się odkryć małe, młode, dziecięce galaktyki, a odkryliśmy galaktyki tak dojrzałe, jak nasza własna – w okresie, który wcześniej rozumiano jako świt Wszechświata – mówi Joel Leja, astrofizyk z Penn State University, który modelował światło tych galaktyk.
Korzystając z pierwszego zbioru danych udostępnionego przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, międzynarodowy zespół naukowców odkrył obiekty tak dojrzałe jak Droga Mleczna, ale pochodzące z epoki, gdy Wszechświat miał zaledwie 3% swojego obecnego wieku, czyli około 500-700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jak to w ogóle możliwe? JWST jest wyposażony w instrumenty rejestrujące podczerwień zdolne do wykrywania światła emitowanego przez najstarsze gwiazdy i galaktyki. Zasadniczo pozwala on naukowcom cofnąć się w czasie o około 13,5 miliarda lat (!), a zatem bardzo blisko początków znanego nam Wszechświata.
To nasze pierwsze spojrzenie tak daleko wstecz, dlatego ważne jest, abyśmy zachowali otwarty umysł na to, co widzimy – powiedział Leja. Chociaż dane wskazują na to, że są to prawdopodobnie galaktyki, istnieje jeszcze realna możliwość, że kilka z tych obiektów okaże się przesłoniętymi supermasywnymi czarnymi dziurami. Niezależnie od tego ilość masy, którą w nich odkryto, oznacza, że znana masa gwiazd obecnych w tym okresie istnienia Wszechświata jest do 100 razy większa niż wcześniej sądzono. Nawet gdy zmniejszymy ją o połowę, wciąż jest to zdumiewająca wartość i zmiana.
W pracy opublikowanej 22 lutego 2023 roku w Nature naukowcy pokazują dowody na to, że te sześć galaktyk to obiekty znacznie bardziej masywne niż ktokolwiek się wcześniej spodziewał. Poddają też w wątpliwość to, co naukowcy sądzili dotąd na temat formowania się galaktyk na samym początku Wszechświata.
Odkrycie, że formowanie się masywnych galaktyk zaczęło się bardzo wcześnie w historii Wszechświata, wywraca do góry nogami to, co wielu z nas uważało za naukowy pewnik – powiedział Leja. Nieoficjalnie nazwaliśmy te obiekty „łamaczami Wszechświata” – i jak dotąd spełniają one swoją rolę.
Uczony wyjaśnia, że odkryte przez zespół galaktyki są tak masywne, że zasadniczo pozostają w sprzeczności z 99% modeli kosmologicznych. Uwzględnienie tak dużej masy wymagałoby albo zmiany modeli kosmologicznych, albo zrewidowania naukowego rozumienia procesów prowadzących do powstawania galaktyk we wczesnym Wszechświecie (zakładającego, że galaktyki zaczynały swe życie jako małe obłoki gwiazd i pyłu, które z czasem urosły). Leja dodaje też, że każdy z powyższych scenariuszy wymaga fundamentalnej zmiany w naszym rozumieniu tego, jak powstał Wszechświat.
Po raz pierwszy zajrzeliśmy do bardzo wczesnego Wszechświata i nie mieliśmy pojęcia, co znajdziemy – powiedział. Okazuje się, że znaleźliśmy coś tak nieoczekiwanego, że właściwie stwarza to problemy dla nauki. Podważa cały obraz wczesnego formowania się galaktyk.
12 lipca 2023 roku NASA opublikowała pierwsze kolorowe obrazy i dane spektroskopowe z JWST. Teleskop ten został zaprojektowany, aby zobaczyć genezę kosmosu, a jego wysoka rozdzielczość pozwala na oglądanie obiektów zbyt starych, odległych lub słabych dla Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.
Leja wyjaśnia, że jednym ze sposobów potwierdzenia odkryć zespołu i rozwiania wszelkich pozostałych wątpliwości byłoby wykonanie zdjęcia widmowego tych masywnych galaktyk. To dostarczyłoby zespołowi danych na temat rzeczywistych odległości, a także gazów i innych pierwiastków tworzących galaktyki. Zespół mógłby następnie wykorzystać te dane do dokładnego wymodelowania cech tych galaktyk i ich prawdziwych mas.
Widmo natychmiast powie nam, czy te wszystkie rzeczy są prawdziwe – powiedział Leja. Pokaże, jak duże są te obiekty i jak daleko od nas się znajdują. Znaleźliśmy coś, o czym nigdy nawet nie myśleliśmy – i stało się to o wiele szybciej, niż oczekiwałem, ale mamy to.
Więcej informacji:
- Discovery of massive early galaxies defies prior understanding of the universe
- A population of red candidate massive galaxies ~600 Myr after the Big Bang
Źródło: PSU
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Na ilustracji: Obrazy sześciu masywnych galaktyk, widzianych 500-700 lat po Wielkim Wybuchu. Jedno ze źródeł (na dole po lewej) mogłoby zawierać tyle gwiazd, co obecnie nasza Droga Mleczna, ale jest 30 razy bardziej zwarta. Źródło: NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology). Obróbka zdjęcia: G. Brammer (Niels Bohr Institute’s Cosmic Dawn Center at the University of Copenhagen)
