Το τηλεσκόπιο James Webb κοίταξε πίσω στο χρόνο
Μια εντυπωσιακή ανακάλυψη έκαναν οι αστρονόμοι στον πιο απομακρυσμένο γνωστό γαλαξία, καθώς εντόπισαν οξυγόνο και άλλα στοιχεία, όπως βαρέα μέταλλα. Αυτός ο γαλαξίας, ο οποίος βρίσκεται σε απόσταση 13,4 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, σχηματίστηκε στις πρώτες φάσεις του σύμπαντος, υποδεικνύοντας ότι ανήκει σε μια εποχή πολύ κοντά στη Μεγάλη Έκρηξη.
Οι επιστήμονες θεωρούν ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε μέσω της Μεγάλης Έκρηξης πριν από περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.
Ο γαλαξίας, ο οποίος ονομάζεται JADES-GS-z14-0, ανακαλύφθηκε αρχικά τον Ιανουάριο του 2024 με τη βοήθεια του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb. Το Webb παρατηρεί το σύμπαν στο υπέρυθρο φως, που δεν είναι ορατό στο ανθρώπινο μάτι.
Αυτό το τηλεσκόπιο μπορεί να «κοιτάξει πίσω στο χρόνο» και να καταγράψει φως που ταξίδεψε για δισεκατομμύρια χρόνια, φτάνοντας στη Γη από την εποχή που το σύμπαν ήταν μόλις 300 εκατομμυρίων ετών, κατά τη διάρκεια μιας περιόδου που ονομάζεται Κοσμική Αυγή.
Το φως από τον γαλαξία JADES-GS-z14-0 ταξίδεψε για 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια μέχρι να φτάσει στον πλανήτη μας, γεγονός που σημαίνει ότι οι παρατηρήσεις του Webb και άλλων παρατηρητηρίων, όπως το ALMA, δείχνουν τον γαλαξία όταν το σύμπαν ήταν ακόμη στην αρχή του.
Η ανάλυση από το ALMA, που ακολούθησε τις πρώτες παρατηρήσεις του Webb, αποκάλυψε την παρουσία οξυγόνου και βαρέων μετάλλων, κάτι που υποδεικνύει ότι οι γαλαξίες σχηματίστηκαν γρηγορότερα από ό,τι είχε υποτεθεί αρχικά.
Οι ανακαλύψεις του ALMA δημοσιεύθηκαν την Πέμπτη σε μελέτες που περιλαμβάνονται στα επιστημονικά περιοδικά The Astrophysical Journal και Astronomy & Astrophysics.
«Είναι σαν να βρίσκεις έναν έφηβο εκεί που θα περίμενες μόνο μωρά», ανέφερε ο Sander Schouws, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης του The Astrophysical Journal και υποψήφιος διδάκτωρ στο Αστεροσκοπείο Leiden του Πανεπιστημίου Leiden. «Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο γαλαξίας σχηματίστηκε πολύ γρήγορα και ωριμάζει επίσης με ταχύτερο ρυθμό, ενισχύοντας την υπόθεση ότι οι γαλαξίες σχηματίζονται πιο γρήγορα από ό,τι περιμέναμε».
Το γεγονός ότι ο JADES-GS-z14-0 περιέχει βαρέα στοιχεία προκαλεί προβληματισμό στους επιστήμονες σχετικά με το πώς οι πρώτοι γαλαξίες διαμορφώθηκαν και πόσοι άλλοι τέτοιοι γαλαξίες μπορούν να ανακαλυφθούν με τα σύγχρονα παρατηρητήρια.
Πολλά χαρακτηριστικά του JADES-GS-z14-0, όπως το μέγεθός του και η έντονη φωτεινότητά του, εξέπληξαν τους αστρονόμους. Παρά την απόστασή του, είναι ο τρίτος πιο φωτεινός γαλαξίας ανάμεσα σε 700 παρατηρηθέντες γαλαξίες, όπως ανέφερε ο Schouws. Στη συνήθη περίπτωση, οι παλαιότεροι γαλαξίες αναμένονται να είναι μικρότεροι και πιο αμυδροί, δεδομένου ότι το σύμπαν ήταν πολύ μικρότερο εκείνη την περίοδο.
«Γενικά, οι γαλαξίες σε τόσο πρώιμες φάσεις του σύμπαντος διαφέρουν κατά πολύ από αυτούς που γνωρίζουμε μέσω των εκπληκτικών εικόνων του Hubble και του Webb», δήλωσε ο Schouws μέσω email. «Είναι πιο συμπαγείς, πλούσιοι σε αέριο και ακατάστατοι. Οι συνθήκες είναι πιο ακραίες, καθώς πολλά άστρα σχηματίζονται γρήγορα σε έναν μικρό όγκο».
Οι γαλαξίες συνήθως ξεκινούν από τεράστια νέφη αερίων που καταρρέουν και περιστρέφονται, γεμίζοντας με νεαρά αστέρια που αποτελούνται σε μεγάλο βαθμό από ελαφρά στοιχεία όπως το ήλιο και το υδρογόνο.
Καθώς τα αστέρια εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου, δημιουργούν βαρύτερα στοιχεία όπως οξυγόνο και μέταλλα, τα οποία διασκορπίζονται σε όλο τον γαλαξία καθώς τα αστέρια εκρήγνυνται στο τέλος της ζωής τους. Με τη σειρά τους, τα στοιχεία που απελευθερώνονται από τα αστέρια που πεθαίνουν οδηγούν στο σχηματισμό περισσότερων άστρων καθώς και των πλανητών που βρίσκονται σε τροχιά γύρω από αυτά.
Όμως τίποτα στο JADES-GS-z14-0 δεν ταιριάζει σε αυτό το μοντέλο. Αντίθετα, ο γαλαξίας περιέχει 10 φορές περισσότερα βαρέα στοιχεία από ό,τι αναμενόταν, δήλωσαν οι συγγραφείς της μελέτης.
«Τέτοια στοιχεία παράγονται από ογκώδη αστέρια και η μεγάλη ποσότητα οξυγόνου υποδηλώνει ότι έχουν ήδη γεννηθεί και πεθάνει αρκετές γενιές ογκωδών άστρων», δήλωσε σε ανακοίνωσή του ο Δρ Stefano Carniani, επίκουρος καθηγητής στη Scuola Normale Superiore της Πίζας της Ιταλίας και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Astronomy & Astrophysics. «Συμπερασματικά (ο JADES-GS-z14-0) είναι πιο ώριμος από ό,τι αναμενόταν και τα αποτελέσματα αυτά υποδηλώνουν ότι η πρώτη γενιά γαλαξιών συγκέντρωσε τη μάζα της πολύ γρήγορα».
Διανύοντας την απόσταση
Η χρήση του ALMA επέτρεψε επίσης στους ερευνητές να επιβεβαιώσουν την απόσταση του γαλαξία, η οποία είχε αρχικά μετρηθεί με τη χρήση του Webb, και να βελτιώσουν τις μετρήσεις τους. Μαζί, και τα δύο τηλεσκόπια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη του σχηματισμού και της εξέλιξης των πρώτων γαλαξιών, δήλωσε ο Rychard Bouwens, αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Leiden και συν-συγγραφέας της μελέτης στο The Astrophysical Journal.
«Έμεινα πραγματικά έκπληκτος από αυτή τη σαφή ανίχνευση οξυγόνου στο JADES-GS-z14-0», δήλωσε ο Gergö Popping, αστρονόμος του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου στο Ευρωπαϊκό Περιφερειακό Κέντρο ALMA, σε δήλωσή του. Ο Popping δεν συμμετείχε σε καμία από τις δύο μελέτες.
«Αυτό υποδηλώνει ότι οι γαλαξίες μπορούν να σχηματιστούν πιο γρήγορα μετά τη Μεγάλη Έκρηξη απ’ ό,τι είχε θεωρηθεί προηγουμένως. Το αποτέλεσμα αυτό αναδεικνύει τον σημαντικό ρόλο που παίζει το ALMA στη διαλεύκανση των συνθηκών κάτω από τις οποίες σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες στο Σύμπαν μας».
Ενώ ο Webb μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό εξαιρετικά μακρινών γαλαξιών, το ALMA μπορεί να μεγεθύνει για να μελετήσει το αέριο και τη σκόνη στο εσωτερικό τους, ανιχνεύοντας το μακρινό υπέρυθρο φως που εκπέμπουν, δήλωσε ο Carniani.
Η μελέτη τέτοιων γαλαξιών μπορεί να βοηθήσει να χυθεί φως στα πολλά εναπομείναντα μυστήρια της Κοσμικής Αυγής, όπως το τι συνέβη λίγο μετά την έναρξη του σύμπαντος και την ταυτότητα των πρώτων ουράνιων αντικειμένων που εμφανίστηκαν.
Οι συγγραφείς της μελέτης πιστεύουν ότι οι πρώιμοι γαλαξίες μπορεί να έχουν σχηματίσει περισσότερα αστέρια, από ό,τι αναμενόταν, γεγονός που θα επηρέαζε επίσης τη φωτεινότητα του γαλαξία συνολικά.
«Είναι σαν να καίμε κεριά: μπορεί να έχουμε κεριά με φαρδύ φυτίλι που έχουν φωτεινή φλόγα (ογκώδη αστέρια) ή μπορεί να έχουμε κεριά που καίγονται αργά και αποδοτικά (κανονικά αστέρια)», δήλωσε ο Schouws.
Αλλά χρειάζονται περισσότερες παρατηρήσεις για να καταλάβουμε τι ακριβώς βλέπουν οι ερευνητές, είπε.
Η ομάδα θέλει να καθορίσει αν ο γαλαξίας και η ταχεία εξέλιξή του είναι πραγματικά μοναδικός ή αν υπάρχουν κι άλλοι παρόμοιοι στο πρώιμο σύμπαν, καθώς ένα μόνο ουράνιο αντικείμενο δεν είναι αρκετό για να καθιερωθεί ένα νέο μοντέλο σχηματισμού γαλαξιών, δήλωσε ο Carniani.
