Te sześć odległych galaktyk uchwyconych przez JWST zadziwia astronomów

W tym miesiącu naukowcy ujawnili wyniki jednego z największych i najgłębszych astronomicznych przeglądów nocnego nieba, jakie kiedykolwiek przeprowadził Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST). W ramach tych wysiłków zidentyfikowano niektóre z najstarszych galaktyk, jakie kiedykolwiek widziano — w ciągu pierwszych 650 milionów lat po narodzinach wszechświata w Wielkim Wybuchu. Wyniki olśniły astronomów, ujawniając, że gwiazdy i galaktyki formowały się i ewoluowały znacznie wcześniej, niż ktokolwiek się spodziewał.

Projekt, znany jako JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), przyjrzał się kilku skrawkom nieba, w tym jednemu w gwiazdozbiorze Fornax — który stał się sławny w 2004 roku po tym, jak Kosmiczny Teleskop Hubble’a obserwował go przez 11 dni, odsłaniając tysiące galaktyk . W przeciwieństwie do Hubble’a, JWST działa głównie w zakresie fal podczerwonych światła, co czyni go idealnym do wykrywania bardzo odległych galaktyk, których światło rozciąga się wraz z rozszerzaniem się wszechświata, sprawiając, że wydaje się on bardziej czerwony.

Światło gwiazd z tych obiektów przebyło tak duże odległości, że wydawało się, że było to niedługo po Wielkim Wybuchu, 13,8 miliarda lat temu. Astronomowie mierzą odległość za pomocą współczynnika zwanego przesunięciem ku czerwieni: im większe przesunięcie ku czerwieni, tym dalej znajduje się obiekt.

Przed wystrzeleniem JWST w 2021 roku zaobserwowano tylko kilkadziesiąt galaktyk z przesunięciem ku czerwieni większym niż 8. JADES zidentyfikował aż 717 galaktyk, które mogą znajdować się w tym zakresie.¹. Tu pomagają astronomowie Natura Zrozum zalew danych, wybierając niektóre z ich ulubionych galaktyk (wymienione od najdalszej do najmniejszej) i wyjaśniając, czego obiekty mogą nas nauczyć o początkach wszechświata.

Rekordzista

Ta słaba czerwona plama może nie wygląda zbyt imponująco, ale jest aktualnym rekordzistą najdalszego znanego obiektu we wszechświecie. JWST odkrył galaktykę, znaną jako JADES-GS-z13-0, pod koniec ubiegłego roku, a następnie potwierdził², dzięki szczegółowym badaniom światła gwiazd, że znajduje się ono przy przesunięciu ku czerwieni równym 13,2. Oznacza to, że wygląda na to, że stało się to zaledwie 320 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Galaktyka jest fizycznie mała, ma kilkaset lat świetlnych średnicy, ale wypompowuje nowe gwiazdy w tempie porównywalnym z dzisiejszą Drogą Mleczną, mówi Brant Robertson, astronom z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Santa Cruz. Jest to niezwykłe, ponieważ naukowcy wierzyli, że pierwsze galaktyki, które powstały we wszechświecie, będą się powoli łączyć, gdy gwiazdy rozbłyskują i łączą się. Pojawiają się JADES-GS-z13-0 i inne podobne rzeczy³ że wczesne galaktyki były siedliskami formowania się gwiazd.

„Galaktyki te są budulcem struktury wszechświata” – mówi Kevin Heinlein, astronom z University of Arizona w Tucson. W przypadku JWST dodaje: „widzimy ich wszędzie”.

Świecąca psia kość

Naukowcy uważają, że ten obiekt w kształcie psiej kości ma przesunięcie ku czerwieni 11,3, chociaż odległość ta wciąż wymaga potwierdzenia. Zakładając, że wygląda tak samo jak około 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

JWST wykrył więcej struktur we wszechświecie wcześniej, niż ktokolwiek się spodziewał: psie kości wydają się być dwiema mniejszymi galaktykami w procesie łączenia. Tak więc 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu we wszechświecie powstały już gwiazdy, które połączyły się w galaktyki, a dwie z tych galaktyk połączyły się.

Zanim Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zaczął badać nocne niebo, naukowcy nie sądzili, że tak duży ruch galaktyczny był możliwy na tak wczesnym etapie Wszechświata. „Nie spodziewałem się, że w ogóle zobaczę tego typu obiekty w naszych danych” – mówi Hainline.

Ten, który ma (może) pierwsze gwiazdy

Przy przesunięciu ku czerwieni wynoszącym 10,6 ta galaktyka wydaje się zaskakująco jasna zaledwie 430 milionów lat po Wielkim Wybuchu, mówi Robertson. Galaktyka zwana GN-z11, po raz pierwszy zauważona przez Hubble’a, pojawiła się pod okiem JWST jako niesamowicie zwarta kula.⁴. Ta jasność może pochodzić od supermasywnej czarnej dziury w jej centrum, wokół której spiralnie krąży gaz osłonowy i pył⁵.

Inne obserwacje JWST wskazują, że ta galaktyka zawiera jedne z pierwszych gwiazd powstałych we wszechświecie⁶. Dowody w postaci chemicznie niezwykłych skupisk pierwotnego helu na obrzeżach galaktyki są niepewne.

Ale pierwsze gwiazdy składały się głównie z wodoru i helu, z bardzo nielicznymi innymi pierwiastkami chemicznymi. To jest dokładnie to, co JWST mógł zauważyć na GN-z11. Jeśli tak, spełni od dawna marzenie astronomów o odkryciu tych gwiazd.

Wielki grudkowaty

Ta wybrzuszona galaktyka znajduje się przy przesunięciu ku czerwieni równym 8, co stawia ją około 300 milionów lat za rekordzistą. Jednak ze względu na grudkowatą strukturę, jaką wykształcił, te 300 milionów lat musiało być pełne emocji.

Gdyby 13,8 miliarda lat historii Wszechświata zostało skompresowane do dwugodzinnego filmu, mówi Hainline, pierwsze pięć minut – które przedstawiają wszystko, co następuje – zawierałoby wszystkie wczesne galaktyki wykryte przez JWST. A ta masywna galaktyka, która rozciąga się na około 3,7 kilofarcy (12 000 lat świetlnych) średnicy, wskazuje, że Wszechświat był dynamiczny od samego początku.

Od środka na zewnątrz

Ta mała galaktyka, widziana 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu, ma więcej gwiazd tworzących się na obrzeżach niż w centrum.

„Po raz pierwszy możemy zmierzyć wewnętrzny wzrost na tak wczesnym etapie” wszechświata, mówi Sandro Taquila, astrofizyk z University of Cambridge w Wielkiej Brytanii. Jest to zaskakujące, ponieważ teoria sugeruje coś przeciwnego — we wczesnych galaktykach musiały powstawać gwiazdy w pobliżu ich centrów.

Wydaje się, że ta galaktyka zaczęła się od razu, tworząc w swoim zwartym jądrze tyle samo gwiazd, co obecnie większe galaktyki⁷. Potem zwrócił się do tworzenia gwiazd na swoich obrzeżach, czyli na etapie, na którym astronomowie mogą to dzisiaj zobaczyć.

kosmiczna róża

Ta przypominająca kwiaty grupa bardzo zapylonych, bardzo czerwonych galaktyk niemal natychmiast zwróciła uwagę zespołu JADES, zyskując przydomek Kosmicznej Róży.

„Zajmuje szczególne miejsce w sercu zespołu” – mówi Stacy Alberts, astronom z University of Arizona w Tucson. „Z naukowego punktu widzenia jest to piękna demonstracja skoku JWST w zrozumieniu, jak czerwony jest wszechświat”.

Galaktyki Rozety prawdopodobnie nie są ze sobą fizycznie powiązane, ponieważ leżą w różnych odległościach, które obejmują przesunięcia ku czerwieni od 2,5 do 3,9. Ale te wartości stawiają ją w sercu „kosmicznego południa”, okresu około trzech miliardów lat po Wielkim Wybuchu, kiedy galaktyki tworzyły gwiazdy tak szybko i energicznie, że wytworzyły większość gwiazd znanych obecnie we wszechświecie.