Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST) ανακάλυψε όχι έναν, αλλά δύο από τους πρώτους και πιο μακρινούς γαλαξίες που έχουν παρατηρηθεί ποτέ, συνεχίζοντας να καταρρίπτει όλα τα ρεκόρ.
Ο πιο μακρινός γαλαξίας, JADES-GS-z14-0, φαίνεται όπως φαινόταν περίπου 300 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, που σημαίνει ότι υπήρχε τουλάχιστον 100 εκατομμύρια χρόνια νωρίτερα από τον προηγούμενο κάτοχο του ρεκόρ. Αυτό σημαίνει ότι το φως που είδε το JWST από αυτόν τον αρχαίο γαλαξία ταξίδεψε 13,5 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει σε εμάς.
Ούτε ο JADES-GS-z14-0 δεν είναι μόνος. Ανακαλύφθηκε μαζί με έναν άλλο γαλαξία, τον JADES-GS-z14-1, ο οποίος είναι σχεδόν εξίσου μακρινός και κατατάσσεται δεύτερος στην κατάταξη των αρχαιότερων γαλαξιών που έχει δει ποτέ η ανθρωπότητα.
Σχετίζεται με: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb ανακαλύπτει τρεις από τους πρώτους γαλαξίες στο σύμπαν μας
Οι ανακαλύψεις, που ανακοινώθηκαν τον Οκτώβριο του 2023 και τον Ιανουάριο του 2024, είναι οι τελευταίες εξελίξεις στη συνεχιζόμενη μελέτη της κοσμικής αυγής που ενεργοποιήθηκε από το τηλεσκόπιο 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων ως μέρος του προγράμματος JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Το JADES αναμένεται να παρέχει σημαντικές πληροφορίες για το πώς αναπτύχθηκαν τα αστέρια, τα αέρια και οι μαύρες τρύπες στους αρχαίους γαλαξίες όταν το σύμπαν ηλικίας 13,8 δισεκατομμυρίων ετών ήταν ακόμα πολύ νέο.
«Αυτοί οι γαλαξίες ενώνονται με έναν μικρό αλλά αυξανόμενο πληθυσμό γαλαξιών από το πρώτο μισό δισεκατομμύριο χρόνια της κοσμικής ιστορίας, όπου μπορούμε πραγματικά να μελετήσουμε τους πληθυσμούς των αστεριών και τα χαρακτηριστικά μοτίβα των χημικών στοιχείων μέσα τους», δήλωσε το μέλος της ομάδας και επιστήμονας στο Ινστιτούτο Επιστήμης Kavli. Cosmology Francesco D’Eugenio σε μια δήλωση.
Ωστόσο, το JADES-GS-z14-0 είναι αξιοσημείωτο για κάτι περισσότερο από την απόστασή του από τη Γη και την πρώιμη ύπαρξή του στον κόσμο. Σε διάμετρο περίπου 1.600 ετών φωτός, αυτός ο γαλαξίας της «κοσμικής αυγής» είναι επίσης αξιοσημείωτος για το μέγεθος και τη φωτεινότητά του.
«Το μέγεθος του γαλαξία αποδεικνύει ξεκάθαρα ότι το μεγαλύτερο μέρος του φωτός παράγεται από μεγάλο αριθμό νεαρών άστρων, παρά από υλικό που πέφτει σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία, η οποία [make it] φαίνεται πολύ μικρότερος», δήλωσε ο επικεφαλής της ομάδας JADES Daniel Eisenstein του Κέντρου Αστροφυσικής του Χάρβαρντ & Σμιθσόνιαν (CfA) σε ξεχωριστή δήλωση.
Λόγω της εξαιρετικής φωτεινότητας του JADES-GS-z14-0 και του γεγονότος ότι αυτή η φωτεινότητα δημιουργείται από νεαρά αστέρια, αυτός ο γαλαξίας αντιπροσωπεύει την πιο εντυπωσιακή απόδειξη μέχρι στιγμής για τον γρήγορο σχηματισμό μεγάλων, ογκωδών γαλαξιών στο πρώιμο Σύμπαν.
Ο Ben Johnson, μέλος της ομάδας JADES και ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια-Σάντα Κρουζ, πρόσθεσε ότι το JADES-GS-z14-0 δείχνει ότι ο σχηματισμός γαλαξιών στο πρώιμο σύμπαν ήταν πολύ γρήγορος και έντονος.
«Με το JWST μπορούμε να βρούμε περισσότερους από αυτούς τους γαλαξίες, ίσως ακόμη και σε μια εποχή που το σύμπαν ήταν νεότερο», είπε. «Είναι μια υπέροχη ευκαιρία να μελετήσουμε τον σχηματισμό των γαλαξιών».
Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb χρησιμοποιεί το κόκκινο για να ανιχνεύσει πρώιμους γαλαξίες
Χάρη στην υψηλή ευαισθησία στο υπέρυθρο των οργάνων του, ιδιαίτερα της κύριας συσκευής απεικόνισης, της Near Infrared Camera (NIRCam), το JWST είναι σε θέση να παρατηρεί πρώιμους γαλαξίες.
Το φως αφήνει αυτούς τους κοσμικούς πρωινούς γαλαξίες με ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος παρόμοιο με το φως από γαλαξίες πιο κοντά στον Γαλαξία. Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του δισεκατομμυρίων ετών, αυτό το φως μετατρέπεται σε φως χαμηλής ενέργειας και μεγάλου κύματος στις εγγύς υπέρυθρες και υπέρυθρες περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Το ίδιο το ύφασμα του χώρου διαστέλλεται και καθώς το φως περνά μέσα από αυτό, τεντώνεται και το μήκος κύματός του. Αυτό προκαλεί το φως να «μετατοπιστεί» προς το κόκκινο άκρο του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, εξ ου και το όνομα αυτού του φαινομένου: «κόκκινη μετατόπιση».
Οι πιο μακρινοί γαλαξίες πρέπει να ταξιδέψουν σε περισσότερο χώρο (το οποίο διαστέλλεται καθώς διαστέλλονται) πριν το φως τους φτάσει σε εμάς, και έτσι ώστε το φως να βιώσει μια μεγαλύτερη μετατόπιση προς το κόκκινο. Το Redshift, που συμβολίζεται με z, μπορεί επομένως να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση της απόστασης από ουράνια αντικείμενα με γνωστό φάσμα. Και δεδομένου ότι το φως χρειάζεται έναν πεπερασμένο χρόνο για να ταξιδέψει, αυτή η απόσταση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να υπολογιστεί πόσο καιρό πριν υπήρχαν αυτοί οι γαλαξίες όπως τους βλέπουμε.
Το JADES-GS-z14-0 έχει μετατόπιση προς το κόκκινο του z = 14.32, ενώ ο πιο μακρινός γαλαξίας μέχρι σήμερα, ο JADES-GS-z13-0, έχει μια μετατόπιση προς το κόκκινο z = 13.2, που σημαίνει ότι υπάρχει 400 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτός ο πρόσφατα ανακαλυφθείς γαλαξίας έχει καταρρίψει σαφώς αυτό το ρεκόρ, καθώς ο JWST μπορεί και πάλι να κοιτάξει περίπου 100 εκατομμύρια χρόνια στο παρελθόν.
«Το JADES-GS-z14-0 γίνεται πλέον το αρχέτυπο αυτού του φαινομένου», είπε ο Stefano Carniani από το Scuola Normale Superiore, μέλος της ομάδας συνεργασίας JADES. «Είναι εκπληκτικό ότι το σύμπαν μπορεί να παράγει έναν τέτοιο γαλαξία σε μόλις 300 εκατομμύρια χρόνια».
Το JADES-GS-z14-0 προκάλεσε εκπλήξεις
Δεν ήταν όλα σχετικά με το JADES-GS-z14-0 αμέσως ξεκάθαρα στην ομάδα JADES και ορισμένα στοιχεία θα μπορούσαν να μπερδέψουν την εικόνα μας για τον πρώιμο κόσμο.
Όταν ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά ο αρχέγονος γαλαξίας, ήταν τόσο κοντά σε έναν πιο κοντινό γαλαξία που η ομάδα υποψιάστηκε ότι μπορεί να ήταν ουράνιοι γείτονες. Αυτή η υπόθεση διαψεύστηκε τον περασμένο Οκτώβριο, όταν το πλήρωμα του JADES πέρασε πέντε ημέρες αναλύοντας διεξοδικά το JADES-GS-z14-0 χρησιμοποιώντας το NIRCam. Η εφαρμογή φίλτρων ειδικά προσαρμοσμένων στον εντοπισμό πρώιμων γαλαξιών επιβεβαίωσε την ακραία απόσταση από το JADES-GS-z14-0.
«Απλώς δεν μπορούσαμε να βρούμε μια εύλογη εξήγηση για το ότι αυτός ο γαλαξίας είναι απλώς ένας γείτονας του κοντινού γαλαξία», δήλωσε ο Kevin Hainline, μέλος της ομάδας JADES και ερευνητής στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.
Ο γαλαξίας εξέπληξε επίσης τους ανακαλύψεις του επειδή το φως του είναι ακόμη πιο κόκκινο από το αναμενόμενο. Αυτό συμβαίνει επειδή το φως του JADES-GS-z14-0 «κοκκινίζει» από τη σκόνη μέσα του, η οποία γίνεται τα δομικά στοιχεία των αστεριών που βοηθούν αυτόν τον γαλαξία να μεγαλώσει ακόμη περισσότερο.
Μια άλλη έκπληξη ήταν η ανακάλυψη οξυγόνου στο JADES-GS-z14-0. Στοιχεία βαρύτερα από το υδρογόνο και το ήλιο σχηματίζονται από τα αστέρια κατά τη διάρκεια της ζωής τους και στη συνέχεια κατανέμονται σε όλους τους γαλαξίες όταν αυτά τα αστέρια εκρήγνυνται. Η παρατήρηση του οξυγόνου στο JADES-GS-z14-0 θα μπορούσε να υποδεικνύει ότι τουλάχιστον μία γενιά αστεριών έχει ήδη ζήσει και πεθάνει σε αυτόν τον πολύ πρώιμο γαλαξία.
«Όλες αυτές οι παρατηρήσεις μαζί μας λένε ότι ο JADES-GS-z14-0 δεν είναι ένας από τους τύπους γαλαξιών που θεωρητικά μοντέλα και προσομοιώσεις υπολογιστών προτείνουν ότι υπάρχουν στο πολύ πρώιμο σύμπαν», δήλωσε ο ερευνητής του JADES Jake Helton του Steward Observatory and the Πανεπιστήμιο της Αριζόνα. «Δεδομένης της παρατηρούμενης φωτεινότητας της πηγής, μπορούμε να προβλέψουμε πώς θα μπορούσε να αναπτυχθεί στον κοσμικό χρόνο και μέχρι στιγμής δεν έχουμε βρει κατάλληλα ανάλογα στους εκατοντάδες άλλους γαλαξίες που έχουμε παρατηρήσει σε υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό στη μελέτη μας».
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
— Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb εντόπισε ένα «αποτυχημένο αστέρι» που σπάει ρεκόρ που δεν έπρεπε να υπάρχει (Βίντεο)
— Εθελοντές ανακαλύπτουν σχεδόν 100 ψυχρούς καφέ νάνους κοντά στον ήλιο μας
— Το Failed Star είναι η πιο κρύα πηγή ραδιοκυμάτων που έχει ανακαλυφθεί ποτέ
Ο Helton πρόσθεσε ότι η ανακάλυψη του JADES-GS-z14-0 έχει βαθιές επιπτώσεις για τον προβλεπόμενο αριθμό φωτεινών γαλαξιών στο πρώιμο σύμπαν, δεδομένης της σχετικά μικρής περιοχής του ουρανού που το JWST αναζήτησε.
«Είναι πιθανό ότι οι αστρονόμοι θα βρουν πολλούς τέτοιους φωτεινούς γαλαξίες που χρησιμοποιούν το JWST την επόμενη δεκαετία, ίσως ακόμη και σε παλαιότερες εποχές», κατέληξε. «Είμαστε ενθουσιασμένοι που βλέπουμε την εξαιρετική ποικιλομορφία των γαλαξιών που υπήρχε όταν σχηματίστηκε το διάστημα!»