Druga najodleglejsza dotąd galaktyka odkryta a pomocą JWST
W Gromadzie Pandora potwierdzono istnienie dwóch najodleglejszych jak dotąd galaktyk, większych niż pozostałe na tak ekstremalnych odległościach.
Druga i czwarta najbardziej odległa galaktyka, jakie kiedykolwiek zaobserwowano (UNCOVER z-13 i UNCOVER z-12). Galaktyki znajdują się w Gromadzie Pandory (Abell 2744). Źródło: Zdjęcie gromady: NASA, UNCOVER (Bezanson i in). Wstawki: NASA, UNCOVER (Wang i in., 2023). Skład: Dani Zemba/Penn State
Międzynarodowy zespół naukowców odkrył dwie z najodleglejszych galaktyk, jakie kiedykolwiek zaobserwowano. Te galaktyki zostały zlokalizowane w regionie przestrzeni kosmicznej znanym jako Gromada Pandory (Abell 2744) – Odkrycie to zostało dokonane przy wykorzystaniu danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Przy użyciu nowych danych spektroskopowych, które zawierają informacje o świetle emitowanym w całym spektrum elektromagnetycznym, naukowcy potwierdzili odległość tych starożytnych galaktyk oraz ustalili ich właściwości. Te galaktyki są oddalone o prawie 33 miliardy lat świetlnych ((tak daleko są od nas obecnie, natomiast wysłane przez nie światło leciało do nas 13,4 mld lat)). Odkrycie tych galaktyk daje nam niezwykłą możliwość zgłębienia tajemnic powstawania najwcześniejszych galaktyk. Przez badanie tych odległych obiektów, naukowcy mogą lepiej zrozumieć, jak się kształtował Wszechświat we wczesnym etapie swojego istnienia.
Według naukowców, nowo odkryte galaktyki różnią się od innych galaktyk potwierdzonych na tej odległości. Zamiast pojawiać się na zdjęciach jako czerwone kropki, jak to jest zwykle w przypadku odległych obiektów, te nowe galaktyki mają większe rozmiary i przypominają kształtem orzeszek ziemny oraz puszyste kule. Odkrycie to zostało opisane w artykule opublikowanym 13 listopada 2023 roku w czasopiśmie Astrophysical Journal Letters.
Bardzo niewiele wiadomo o wczesnym Wszechświecie, a jedynym sposobem na poznanie tamtych czasów i przetestowanie naszych teorii dotyczących wczesnego powstawania i wzrostu galaktyk są te bardzo odległe galaktyki – powiedział pierwszy autor Bingjie Wang, doktor habilitowany w Penn State Eberly College of Science i członek zespołu JWST UNCOVER (Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization), który przeprowadził badania. Przed naszą analizą znaliśmy tylko trzy galaktyki potwierdzone w tak ekstremalnej odległości. Badanie tych nowych galaktyk i ich właściwości ujawniło różnorodność galaktyk we wczesnym Wszechświecie i to, jak wiele można się od nich nauczyć.
Ponieważ światło tych galaktyk musiało pokonać tak długą drogę, aby dotrzeć do Ziemi, stanowi ono swojego rodzaju okno na przeszłość. Według zespołu badaczy, światło wykryte przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba zostało wyemitowane przez dwie galaktyki, gdy Wszechświat miał około 330 milionów lat. To światło musiało przebyć około 13,4 miliarda lat świetlnych, aby dotrzeć do JWST. Naukowcy jednak zauważają, że ze względu na ekspansję Wszechświata w tym czasie, galaktyki znajdują się obecnie w odległości około 33 miliardy lat świetlnych od nas.
Światło z tych galaktyk jest starożytne, około trzy razy starsze niż Ziemia – powiedział Joel Leja, adiunkt astronomii i astrofizyki oraz współzałożyciel Institute for Computational and Data Sciences w Penn State i członek UNCOVER. Te wczesne galaktyki są jak latarnie morskie, których światło przebija się przez bardzo cienki gaz wodorowy, który tworzył się we wczesnym Wszechświecie. To właśnie dzięki ich światłu możemy zacząć odkrywać egzotyczną symfonię, która rządziła galaktykami w pobliżu kosmicznego świtu.
Warto zauważyć, że te dwie galaktyki są znacznie większe niż trzy galaktyki, które wcześniej odkryto na tych ekstremalnych odległościach. Jedna z nich jest co najmniej sześciokrotnie większa od innych i ma imponującą średnicę około 2000 lat świetlnych. W porównaniu do tego, nasza Droga Mleczna ma średnicę około 100 000 lat świetlnych. Jednak, jak zauważa Wang, wczesny Wszechświat był bardzo skompresowany, dlatego też zaskakujące jest, że taka duża galaktyka mogła powstać w tamtym okresie.
Obie galaktyki zostały odkryte wśród 60 000 innych źródeł światła w Gromadzie Pandory na jednym z pierwszych zdjęć wykonanych przez JWST w 2022 roku. Ten obszar kosmiczny został celowo wybrany, ponieważ znajduje się za kilkoma gromadami galaktyk, które tworzą efekt soczewkowania grawitacyjnego. Soczewkowanie grawitacyjne to naturalny efekt, w którym przyciąganie grawitacyjne gromad galaktyk zakrzywia przestrzeń wokół siebie, powiększając światło, które przechodzi w pobliżu. Dzięki temu możemy obserwować powiększony widok za tymi gromadami.
W ciągu kilku miesięcy zespół UNCOVER zmniejszył liczbę źródeł światła z 60 000 do 700 potencjalnych kandydatów do dalszych badań. Spośród tych kandydatów, osiem mogło być potencjalnie pierwszymi galaktykami. Następnie JWST został ponownie skierowany na Gromadę Pandory, aby zarejestrować widma tych kandydatów. Widma są rodzajem odcisku palca, który pokazuje ilość światła emitowanego na różnych długościach fal.
Naukowcy również skorzystali ze szczegółowych modeli, aby wydedukować właściwości tych wczesnych galaktyk, gdy emitowały światło obserwowane przez JWST. Zgodnie z oczekiwaniami badaczy, obie galaktyki były młode, miały niewiele pierwiastków cięższych od wodoru i helu w swoim składzie, dynamicznie rosły i intensywnie tworzyły gwiazdy.
Pierwsze pierwiastki powstały w jądrach wczesnych gwiazd w procesie fuzji termojądrowej – powiedział Leja. Ma to sens, że wczesne galaktyki nie zawierają ciężkich pierwiastków, takich jak metale, ponieważ były jednymi z pierwszych miejsc, gdzie te ciężkie pierwiastki zostały wytworzone. Oczywiście, aby być pierwszymi galaktykami, musiały być młode i aktywnie tworzyć gwiazdy. Potwierdzenie tych właściwości stanowi istotny test dla naszych modeli i pomaga w potwierdzeniu całego paradygmatu teorii Wielkiego Wybuchu.
Naukowcy zauważyli, że oprócz soczewki grawitacyjnej, potężne instrumenty podczerwone JWST powinny być w stanie wykryć galaktyki w jeszcze większej odległości, jeżeli takie istnieją.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
