JWST je svedkom úsvitu hviezdneho svetla

bezprecedentné pozorovanie tým Vesmírny teleskop Jamesa Webba Skoré fúzie galaxií naznačujú rýchlejšiu a efektívnejšiu tvorbu hviezd, ako sa predtým chápalo, čo odhaľuje zložité hviezdne populácie a spochybňuje súčasné kozmologické teórie.

• Galaxie a hviezdy sa potom rýchlo vyvíjali veľký tresk než sa očakávalo.
• Podrobné fotografie jednej z najstarších galaxií ukazujú, že vývoj bol oveľa rýchlejší, než sme si mysleli.

Medzinárodný výskumný tím vykonal bezprecedentne podrobné pozorovania najstaršieho splynutia galaxií, aké bolo kedy pozorované. Naznačujú, že hviezdy sa vyvíjali rýchlejšie a efektívnejšie, ako sme si mysleli.

Použili vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST) na pozorovanie obrovského objektu tak, ako to bolo 510 miliónov rokov po Veľkom tresku – teda asi pred 13 miliardami rokov.

„Keď sme uskutočnili tieto pozorovania, táto galaxia bola desaťkrát hmotnejšia ako ktorákoľvek iná galaxia, ktorá sa predtým nachádzala vo vesmíre,“ hovorí Dr. Kit Boyett, člen Astro 3D Research Fellow on First Galaxies na University of Melbourne. Je hlavným autorom nedávno publikovaného článku prírodná astronómia, Na práci sa podieľa 27 autorov z 19 inštitúcií v Austrálii, Thajsku, Taliansku, USA, Japonsku, Dánsku a Číne.

JWST, spustený v roku 2021, umožňuje astronómom pozerať sa na raný vesmír spôsobmi, ktoré boli predtým nemožné. Objekty, ktoré sa javili ako jednotlivé svetelné body skorším ďalekohľadom, ako napr Hubblov vesmírny teleskopOdhalenie ich zložitosti.

JWST ukazuje detaily masívneho splynutia galaxií pred 13 miliardami rokov. Kredit: Astro 3D

„Je úžasné vidieť silu JWST poskytnúť detailný pohľad na galaxie na okraji pozorovateľného vesmíru, a teda späť v čase,“ hovorí profesorka Michelle Trenti, vedúca témy ASTRO 3D First Galaxy a vedúca uzlov na University of Melbourne. „Toto vesmírne observatórium mení naše chápanie raného formovania galaxií,“ hovorí profesor Trenti.

Pozorovania v tomto článku odhaľujú galaxiu pozostávajúcu z dvoch zložiek v hlavnej skupine a niekoľkých zhlukov s dlhým chvostom, čo naznačuje zlúčenie týchto dvoch galaxií do jednej väčšej galaxie.

„Fúzia sa ešte neskončila. Poznáme to tak, že stále vidíme dve zložky. Dlhý chvost pravdepodobne vznikne v dôsledku vyčlenenia niektorých prípadov počas fúzie. Keď sa dve veci spoja, do určitej miery vec zahodia. Takže to nám hovorí, že došlo k fúzii a je to najvzdialenejšia fúzia, aká kedy bola zaznamenaná,“ hovorí Dr. Boyett.

Toto a ďalšie pozorovania využívajúce JWST vedú astrofyzikov k úprave ich modelovania prvých rokov vesmíru.

„Spolu s Jamesom Webbom vidíme v ranom vesmíre viac objektov, než sme očakávali, a tieto objekty sú oveľa masívnejšie, než sme si mysleli,“ hovorí Dr. Boyett. „Naša kozmológia nie je nevyhnutne nesprávna, ale naše chápanie toho, ako rýchlo sa formovali galaxie, je pravdepodobne nesprávne, pretože sú oveľa hmotnejšie, než sme si kedy mysleli, že je možné.“

Ďalšie staroveké galaxie. Kredit: Astro 3D

Zistenia tímu Dr. Boyetta ukazujú, že tieto galaxie boli schopné tak rýchlo akumulovať hmotu zlúčením.

Doktora Boyetta však prekvapuje nielen veľkosť galaxií a rýchlosť ich rastu. Ich práca po prvýkrát opisuje populácie hviezd, ktoré tvoria splývajúce galaxie – ďalší popis, ktorý umožnila JWST.

„Keď sme porovnali našu spektrálnu analýzu s naším zobrazovaním, zistili sme dve rôzne veci. Obrázok nám povedal, že populácia hviezd bola mladá, ale spektroskopia hovorila o hviezdach, ktoré sú oveľa staršie. Ale ukazuje sa, že obaja majú pravdu, pretože nemáme jednu, ale dve populácie hviezd,“ hovorí Boyett.

„Stará populácia tam bola už dlho a veríme, že zlúčením galaxií vznikajú nové hviezdy a to je to, čo vidíme na snímkach – nové hviezdy na vrchole starej populácie.“

Väčšina štúdií týchto veľmi vzdialených objektov ukazuje veľmi mladé hviezdy, ale je to preto, že mladé hviezdy sú jasnejšie, a tak ich svetlo dominuje v zobrazovacích údajoch. JWST však umožňuje podrobné pozorovania, ktoré umožňujú rozlíšiť tieto dve populácie.

„Skutočnosť, že spektroskopia je taká podrobná, že môžeme vidieť jemné črty starých hviezd, nám hovorí, že tam je v skutočnosti oveľa viac, než si myslíte,“ hovorí Dr. Boyett.

„Nie je to vôbec prekvapujúce, vieme, že v priebehu histórie vesmíru došlo z rôznych dôvodov k vrcholom tvorby nových hviezd, čo má za následok vznik viacerých populácií.“

„Ale toto je prvýkrát, čo sme ich skutočne videli v tejto vzdialenosti.“

Tento článok má dôležité dôsledky pre súčasné modelovanie.

„Naše simulácie by mohli vytvoriť objekt veľmi podobný tomu, ktorý sme pozorovali, ktorý by bol približne v rovnakom veku ako vesmír a približne rovnakej hmotnosti, čo je však neuveriteľne zriedkavé. Tak vzácne, že v celom modeli je len jeden z nich. „Naše pozorovania poskytujú príležitosť vidieť, že buď máme neuveriteľné šťastie, alebo sú naše simulácie nesprávne, a tento typ objektov je bežnejší, než si myslíme,“ hovorí Dr. Boyett.

„Myslíme si, že to, čo nám chýba, je to, že hviezdy sa formovali efektívnejšie a možno práve to musíme v našich modeloch zmeniť.“

Referencia: „Obrovská interagujúca galaxia 510 miliónov rokov po veľkom tresku“ od Kristen Boyett, Michele Trenti, Nicha Leithochwalit, Antonello Calabro, Benjamin Metha, Guido Roberts-Borsani, Niccolò Dalmaso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Treu, Tucker Jones , Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themiya Nanayakkara, Namrata Roy, 7. marca 2024, prírodná astronómia,
DOI: 10.1038/s41550-024-02218-7