JWST spogląda na pierwsze w historii galaktyki

Dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba astronomowie mogą spojrzeć na jedne z pierwszych galaktyk w historii Wszechświata. Co te obrazy mogą nam powiedzieć o pochodzeniu i życiu galaktyk?

Cztery galaktyki z pola SMACS 0723 widziane przez HST (z lewej) i JWST (po prawej). Każda z nich wykazuje cechy, które nie zostały wykryte przez Hubble'a, ale można je łatwo dostrzec za pomocą JWST. Źródło: NASA/ESA/STScI.

Od czasu pierwszego udostępnienia danych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) w lipcu 2022 roku stało się jasne, że ten teleskop całkowicie zmieni nasze spojrzenie na odległy Wszechświat. Galaktyki, które wyglądały jak bezbarwne plamy, gdy były widziane przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a, mogą teraz zostać rozdzielone z niewiarygodną szczegółowością, pomimo faktu, że Hubble był jednym z wiodących teleskopów na świecie przez ostatnie 30 lat.

Możliwość pomiaru kształtów galaktyk (zwana morfologią) jest niezbędna, jeżeli chcemy zrozumieć, jak powstały galaktyki, w tym nasza własna. Galaktyki zazwyczaj mają dwa kształty: cienkie, delikatne galaktyki dyskowe oraz sferyczne galaktyki eliptyczne, ale wciąż nie jest jasne, jak i kiedy powstały te różne struktury galaktyczne. W niedawnej pracy wykorzystano wcześniejsze obserwacje JWST dużej gromady galaktyk, zwanej SMACS 0723, aby zmierzyć kształty bardzo odległych galaktyk. Dzięki tym nowym, ekscytującym danym autorzy pracy mają nadzieję poszerzyć naszą wiedzę o ewolucji galaktyk aż do samego początku Wszechświata.

Zbliżenie na pierwsze galaktyki
To zdjęcie SMACS 0723 jest jednym z pierwszych obrazów, które zostały opublikowane przez JWST. Gromada znajduje się w odległości około 4 miliardów lat świetlnych przy przesunięciu ku czerwieni 0,4, ale ta praca dotyczy jeszcze bardziej odległych galaktyk, znajdujących się w tle tego obrazu – wiele z nich zostało powiększonych przez soczewkowanie grawitacyjne gromady. Konkretnie chodzi o 280 galaktyk tła o przesunięciu ku czerwieni pomiędzy 1,5 a 8, co oznacza, że widzimy je zaledwie 1-4 miliardów lat po Wielkim Wybuchu.

Autorzy najpierw mierzą kształty galaktyk, wykorzystując ilościowe właściwości galaktyk, takie jak ich koncentracja i asymetria. Jednak ich naprawdę ekscytujące odkrycia pochodzą z klasyfikacji tych galaktyk naocznie, dzieląc je na trzy kategorie: dyski, sferoidy i „osobliwe”.

Galaktyki w tej trzeciej klasie mają nieregularny kształt, który może być wywołany takimi procesami jak wybuchy gwiazd lub oddziaływania pływowe. Alternatywnie, kolizje między galaktykami, które są obecnie w toku, mogą prowadzić do powstania tych „osobliwych” galaktyk. Uważa się, że te gwałtowne zdarzenia odgrywają ważną rolę w ewolucji galaktyk: we wczesnym Wszechświecie fuzje umożliwiają zbijanie się dużych ilości masy, które później mogą utworzyć dysk galaktyczny. Później mogą one zniszczyć te kruche struktury dyskowe, zmieniając galaktyki dyskowe w pozbawione cech charakterystycznych galaktyki eliptyczne.

Okazuje się, że przy wysokich przesunięciach ku czerwieni (między 3 a 6) około połowa galaktyk ma kształt dysku. To znacznie więcej niż wcześniej sądzono – dane z HST pokazują, że przy podobnych wartościach przesunięcia ku czerwieni znalazł on ułamek galaktyk dyskowych mniejszy niż 10%! Co ciekawe, według JWST ułamek galaktyk dyskowych pozostaje mniej więcej stały w całym zakresie przesunięć ku czerwieni.

Mniej burzliwy Wszechświat?
Nasz obecny pomysł, że fuzje gromadzą galaktyki we wczesnym Wszechświecie oznacza, że spodziewalibyśmy się znaleźć wiele osobliwych galaktyk i niewiele dyskowych przy wysokim przesunięciu ku czerwieni, ponieważ galaktyki dyskowe są wciąż w trakcie formowania się. Jednak prawie stały ułamek galaktyk dyskowych znalezionych w tym badaniu wskazuje, że galaktyki dyskowe (takie jak Droga Mleczna) istnieją w dość stabilnym stanie od ponad 10 miliardów lat, co wydaje się zaprzeczać naszym starym wyobrażeniom.

Co się zatem dzieje? Istnieje kilka sposobów interpretacji tych wyników. Może być tak, że prawie wszystkie fuzje zachodzą niezwykle wcześnie we Wszechświecie, szybko formując galaktyki dyskowe, i że te galaktyki przetrwały do dziś, ponieważ niedawne fuzje są znacznie rzadsze niż sugerują to nasze obecne teorie. Ewentualnie może być tak, że tylko niektóre klasy galaktyk są budowane przez fuzje, lub nawet, że fuzje są po prostu o wiele mniej skłonne do niszczenia struktur galaktyk dyskowych niż wcześniej sądzono.

Niezależnie od tego, co się dzieje, wskazuje to, że być może będziemy musieli udoskonalić obecne teoretyczne koncepcje dotyczące tego, jak galaktyki gromadzą się i ewoluują poprzez fuzje, co jest jednym z kluczowych przewidywań naszego powszechnie akceptowanego modelu Wszechświata (model Lambda zimnej ciemnej materii lub ΛCDM). Niektóre artykuły oparte na tej pracy poszły o krok dalej, stwierdzając, że badania te obalają ΛCDM, a nawet Wielki Wybuch. Jednakże, pomimo hołdu dla emo-popu z lat 80. w tytule tego artykułu, naprawdę nie ma powodu do paniki. Dostosowanie teorii do nowych danych jest normalną częścią procesu naukowego. W rzeczywistości artykuł ten jest ekscytujący: mówi nam, że nadal nie wiemy, skąd wzięła się struktura galaktyk, ale nowe badania przeprowadzone przy użyciu teleskopu Webba dadzą nam wreszcie szansę na zrozumienie pochodzenia i życia galaktyk.

Opracowanie:
Agnieszka Nowak

Źródło:

Popularne posty z tego bloga

Czarna dziura wyrzuca gwiezdne szczątki

Astronomowie potwierdzają istnienie kosmicznej super-pustki, która podważa nasze rozumienie ciemnej energii

Astronomowie są świadkami, jak umierająca gwiazda osiąga swój koniec