Astrofizycy potwierdzają najsłabszą galaktykę, jaką kiedykolwiek widziano we wczesnym Wszechświecie
JD1 to mała, odległa galaktyka będąca typowym przykładem galaktyki, która spaliła wodór pozostały po Wielkim Wybuchu.
Rzutowany obraz galaktyki JD1 (wstawka), która znajduje się za jasną gromadą galaktyk Abell 2744.
Źródło: Guido Roberts-Borsani/UCLA); oryginalne zdjęcie: NASA, ESA, CSA, Swinburne University of Technology, University of Pittsburgh, STScI
Międzynarodowy zespół naukowców potwierdził istnienie najsłabszej galaktyki, jaką kiedykolwiek zaobserwowano we wczesnym Wszechświecie. Galaktyka, nazwana JD1, jest jedną z najodleglejszych zidentyfikowanych do tej pory i jest typowa dla rodzajów galaktyk, które wypaliły się przez mgłę atomów wodoru pozostałą po Wielkim Wybuchu, przepuszczając światło przez Wszechświat i kształtując go w to, co istnieje dzisiaj.
Odkrycia dokonano za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, a wyniki opublikowano w czasopiśmie Nature.
Pierwsze miliardy lat istnienia Wszechświata miały kluczowe znaczenie dla jego ewolucji. Po Wielkim Wybuchu, który nastąpił około 13,8 miliarda lat temu, Wszechświat rozszerzył się i ochłodził na tyle, że mogły powstać atomy wodoru. Atomy wodoru pochłaniały fotony ultrafioletowe emitowane przez młode gwiazdy. Jednakże przed narodzinami pierwszych gwiazd i galaktyk, Wszechświat pogrążył się w ciemności, przechodząc przez okres znany jako kosmiczne wieki ciemne. Po kilkuset milionach lat pojawiły się pierwsze gwiazdy i galaktyki, które wypełniły Wszechświat energetycznym światłem ultrafioletowym. To światło zaczęło spalać (jonizować) mgłę wodorową, umożliwiając fotonom swobodne podróżowanie przez przestrzeń i sprawiając, że Wszechświat stał się przezroczysty.
W obecnej astronomii priorytetowym celem jest ustalenie charakterystyki galaktyk, które dominowały w tamtej erze, znanej jako epoka rejonizacji. Jednak przed opracowaniem teleskopu Webba naukowcom brakowało odpowiednich czułych instrumentów do badania galaktyk pierwszej generacji w zakresie podczerwieni.
Większość galaktyk znalezionych do tej pory za pomocą JWST to jasne galaktyki, które są rzadki i nie są uważane za szczególnie reprezentatywne dla młodych galaktyk, które zamieszkiwały wczesny Wszechświat – powiedział dr hab. Guido Roberts-Borsani, badacz z UCLA i pierwszy autor badania. Jako takie, choć ważne, nie są uważane za główne czynniki, które spaliły całą tę wodorową mgłę.
Z drugiej strony, galaktyki skrajnie słabe, takie jak JD1, są znacznie liczniejsze, dlatego uważamy, że są one bardziej reprezentatywne dla galaktyk, które przeprowadziły proces rejonizacji, umożliwiając światłu ultrafioletowemu niezakłócone przemieszczanie się w przestrzeni i czasie.
JD1 jest na tyle słaba, że bez użycia potężnego teleskopu oraz wspomagania ze strony natury, jej badanie jest trudne. JD1 znajduje się za dużą gromadą pobliskich galaktyk, znaną jako Abell 2744, których łączna siła grawitacyjna powoduje zakrzywienie i wzmacnianie światła pochodzącego z JD1. Dzięki temu wydaje się ona większa i aż 13 razy jaśniejsza, niż jest w rzeczywistości. Ten efekt, znany jako soczewkowanie grawitacyjne, jest niezbędny do wykrycia JD1, ponieważ bez niego prawdopodobnie zostałaby ona przeoczona.
Naukowcy skorzystali z NIRSpec, spektrografu bliskiej podczerwieni zamontowanego na teleskopie Webba, aby uzyskać widmo galaktyki w zakresie światła podczerwonego. Dzięki temu udało im się precyzyjnie określić wiek i odległość tej galaktyki od Ziemi, a także poznać liczbę gwiazd oraz ilość pyłu i ciężkich pierwiastków, które powstały w jej stosunkowo krótkim życiu.
Wykorzystując połączenie powiększenia grawitacyjnego galaktyki oraz nowych obrazów uzyskanych za pomocą innego instrumentu bliskiej podczerwieni o nazwie NIRCam na pokładzie teleskopu Webba, zespół naukowców miał możliwość dokładnego zbadania struktury galaktyki. Odkryto, że można to zrobić z dotychczas niespotykaną szczegółowością i rozdzielczością, co pozwoliło uwidocznić trzy główne wydłużone skupiska pyłu i gazu, w których formują się gwiazdy. Badacze wykorzystali nowe dane, aby prześledzić światło pochodzące z galaktyki oznaczonej jako JD1 aż do jej pierwotnego źródła, co ujawniło, że jest to zwarta galaktyka o rozmiarze znacznie mniejszym niż starsze galaktyki, takie jak Droga Mleczna, która powstała 13,6 miliarda lat temu.
Ponieważ światło potrzebuje czasu, aby dotrzeć do Ziemi, JD1 jest obecnie obserwowana w stanie, w jakim znajdowała się około 13,3 miliarda lat temu, gdy Wszechświat miał zaledwie około 4% swojego obecnego wieku.
Zaledwie rok temu, zanim teleskop Webba został uruchomiony, nie mogliśmy nawet marzyć o potwierdzeniu tak słabej galaktyki – powiedział Tommaso Treu, profesor fizyki i astronomii z UCLA oraz drugi autor badania. Połączenie JWST i powiększającej mocy soczewkowanie grawitacyjnego to rewolucja. Piszemy na nowo książkę o tym, jak galaktyki tworzyły się i ewoluowały bezpośrednio po Wielkim Wybuchu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
.jpg)
