Ceea ce a fost puțin mai mult decât un fir de lumină pentru Telescopul spațial Hubble a fost dezvăluită ca fiind una dintre cele mai vechi galaxii descoperite vreodată – iar descoperirea se datorează nimeni altul decât fratelui mai mic al lui Hubble: The Telescopul spațial James Webb.
The Telescopul spațial James Webb Colaborarea internațională „Glass” a făcut observații detaliate ale galaxiei, numită Gz9p3, care este văzută ca fiind la doar 510 milioane de ani după Big Bang. Aceasta se întâmplă în timpul copilăriei relative a universului, care are acum 13,8 miliarde de ani.
Echipa a descoperit că, la fel ca și alte galaxii timpurii văzute de JWST, Gz9p3 este mult mai masivă și mai matură decât se aștepta pentru o galaxie din universul infantil. În perioada antică în care a fost observată, pare să conţină deja câteva miliarde de stele.
Când vine vorba de dilema cosmică a modului în care galaxiile timpurii au crescut pentru a deveni atât de masive atât de repede, Gz9p3 ar putea fi un adevărat puzzle. Nu numai că este mai masiv decât se aștepta, dar este de aproximativ 10 ori mai masiv decât alte galaxii pe care JWST le-a văzut în epoci similare ale istoriei universului.
Legate de: Telescopul James Webb descoperă cea mai veche și mai îndepărtată gaură neagră din univers
„Cu doar câțiva ani în urmă, Gz9p3 a apărut ca un singur punct de lumină prin telescopul spațial Hubble”, a scris Kit Boyett, membru al echipei și om de știință la Universitatea din Melbourne, pentru institutul. Publicare Pursuit. „Dar folosind JWST am putut observa acest obiect așa cum a fost la 510 milioane de ani după Big Bang, cu aproximativ 13 miliarde de ani în urmă.”
Gz9p3 este pur și simplu remarcabil. Pe lângă dimensiunea și maturitatea sa, forma sa dezvăluie și indicii despre crearea sa.
Gz9p3 a fost creat de o fuziune timpurie a galaxiilor?
Folosind JWST și imagistica directă, echipa a reușit să determine că Gz9p3 are o formă complexă cu două pete strălucitoare care dezvăluie cele două nuclee dense. Asta indică faptul că Gz9p3 a fost probabil creat atunci când două galaxii timpurii s-au zdrobit împreună în universul infantil. Este posibil ca această coliziune să fi fost încă în desfășurare în perioada în care astronomii au observat Gz9p3 cu JWST.
„Imaginile JWST ale galaxiei arată o morfologie asociată în mod obișnuit cu două galaxii care interacționează. Și fuziunea nu s-a încheiat, deoarece încă vedem două componente”, a explicat Boyett. „Când două obiecte masive se unesc astfel, ele aruncă în mod eficient o parte din materie în acest proces. Deci, această materie aruncată sugerează că ceea ce am observat este una dintre cele mai îndepărtate fuziuni văzute vreodată”.
Pe lângă determinarea vârstei, masei și formei acestei galaxii străvechi, Boyett și colegii au reușit să cerceteze mai adânc în Gz9p3 pentru a examina populația stelară a acestor galaxii care se ciocnesc. Deoarece stelele tinere sunt mai strălucitoare decât omologii lor mai vechi, ele domină de obicei imaginile galaxiilor, în special cele care sunt atât de îndepărtate în care lumina călătorește pe Pământ de miliarde de ani.
„De exemplu, o populație tânără strălucitoare declanșată de fuziunea galaxiilor, mai veche de câteva milioane de ani, eclipsează o populație mai în vârstă de peste 100 de milioane de ani”, a continuat Boyett.
Colaborarea Glass a lucrat în jurul acestui lucru prin luarea de observații spectroscopice ale Gz9p3, precum și prin accesarea imaginilor directe. Spectroscopia poate fi folosită pentru a determina elementele care alcătuiesc stelele; deoarece stelele tinere și cele bătrâne au compoziții diferite, acest lucru a permis cercetătorilor să separe cele două categorii din această galaxie timpurie.
Stele mai vechi și-au făcut drum prin aprovizionarea cu hidrogen din nucleele lor, topind deja totul în heliu și apoi topind acest heliu pentru a crea elemente și mai grele, pe care astronomii le numesc „metale”. Aceasta înseamnă că stelele mai vechi sunt mai bogate în metale decât stelele mai tinere, care sunt încă dominate de hidrogen și heliu.
Echipa de studiu a folosit JWST pentru a detecta elemente specifice în populația de stele mai veche a Gz9p3. Aceste elemente țintă au inclus siliciu, carbon și fier, acesta din urmă fiind cel mai greu element care poate fi sintetizat de stele. Aceasta înseamnă că aceste stele, când au murit în explozii de supernovă, ar fi îmbogățit universul timpuriu cu metale. O mare parte din acest conținut de metal ar fi ajuns să devină elementele de bază ale următoarei generații de stele.
În plus, echipa a descoperit că populația de stele vechi din Gz9p3 era mult mai mare decât se bănuia anterior. Aceasta înseamnă că, în timp ce astronomii au fost conștienți de acest ciclu de viață și moarte stelare și de îmbogățirea din ce în ce mai mare cu metal a generațiilor ulterioare de stele, observațiile Gz9p3 indică faptul că galaxiile ar fi putut deveni „mature chimic” mai repede decât se bănuia anterior.
„Aceste observații oferă dovezi ale unei acumulări rapide și eficiente de stele și metale imediat după Big Bang, legate de fuziunile galaxiilor în curs, demonstrând că galaxiile masive cu câteva miliarde de stele au existat mai devreme decât se aștepta”, a scris Boyett.
O istorie de violență
Galaxiile care stau izolate de omologii lor galactici formează stele, dar procesul este lent și se termină atunci când galaxia își epuizează rezervorul de gaz și praf, materialele care formează stelele.
Pentru galaxiile apropiate unele de altele, procesul de formare a stelelor poate fi accelerat și chiar reînviat după ce s-a oprit. Asta pentru că atunci când aceste galaxii sunt atrase împreună printr-o atracție gravitațională reciprocă, ele se ciocnesc. Fuziunea provoacă apoi un aflux de gaz proaspăt care declanșează o perioadă de naștere rapidă a stelelor numită „explozie stelară”, ceea ce înseamnă că fuziunile oferă o modalitate excelentă pentru galaxii de a-și crește rapid populațiile stelare.
Majoritatea galaxiilor mari din univers au crescut astfel; propria noastră galaxie, the Calea lactee, arată o istorie a fuziunilor în sine. De exemplu, a fost implicat în canibalizarea galaxiilor satelit mai mici care odată au orbit-o. Calea Lactee formează în prezent stele într-un ritm încetinit, dar acest lucru se va schimba atunci când se va ciocni cu galaxia noastră vecină, Andromeda, în aproximativ 4,5 miliarde de ani. Acest lucru va provoca un aflux de gaz care va declanșa o nouă explozie stelară.
Datorită observațiilor lui Gz9p3, astronomii primesc mesajul că acest canal pentru acumularea rapidă a masei și nașterea stelelor a fost un factor mai mare în universul timpuriu decât se prevedea.
„Aceste observații ale lui Gz9p3 arată că galaxiile au fost capabile să acumuleze masa rapid în universul timpuriu prin fuziuni, cu eficiențe de formare a stelelor mai mari decât ne așteptam”, a explicat Boyett. „Această și alte observații care utilizează JWST îi determină pe astrofizicieni să își ajusteze modelarea primilor ani ai universului.
„Cosmologia noastră nu este neapărat greșită, dar înțelegerea noastră cu privire la cât de repede s-au format galaxiile probabil este, deoarece acestea sunt mai masive decât am crezut vreodată că ar fi posibile.”
Cercetarea echipei a fost publicată pe 7 martie în jurnal Astronomia naturii.
Postat inițial pe Space.com.