Χρησιμοποιώντας το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb (JWST), οι αστρονόμοι ανακάλυψαν αστρικά σμήνη στο τόξο «Cosmic Gems» που υπήρχε μόλις 460 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτή είναι η πρώτη ανακάλυψη αστρικών σμηνών σε έναν νεαρό γαλαξία που μοιάζει όπως όταν το σύμπαν ηλικίας 13,8 δισεκατομμυρίων ετών ήταν λιγότερο από 500 εκατομμύρια χρόνια.
Το τόξο Cosmic Gems, που ανακαλύφθηκε αρχικά από το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble και ονομάστηκε επίσημα SPT0615-JD1, είναι ένας νεαρός γαλαξίας με βαρυτικό φακό που βρίσκεται περίπου 13,3 δισεκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη. Αυτό σημαίνει ότι το φως από αυτόν τον γαλαξία που παρατηρήθηκε από το JWST ήταν καθ’ οδόν προς τη Γη για περίπου το 97% της διάρκειας ζωής του σύμπαντος.
Η διεθνής ομάδα αστρονόμων πίσω από αυτήν την ανακάλυψη ανακάλυψε πέντε νεαρά, ογκώδη αστρικά σμήνη στο τόξο Cosmic Gems. Αυτά τα σμήνη σχηματίστηκαν σε μια εποχή που οι νέοι γαλαξίες βίωναν έντονες εκρήξεις σχηματισμού άστρων και εξέπεμπαν μεγάλες ποσότητες υπεριώδους φωτός. Αυτή η ακτινοβολία θα μπορούσε να είναι υπεύθυνη για την έναρξη μιας από τις δύο κύριες φάσεις στην εξέλιξη του σύμπαντος: την εποχή του κοσμικού επαναιονισμού.
Μελετώντας αυτά τα σμήνη πέντε αστέρων, οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να μάθουν πολλά για αυτήν την πρώιμη περίοδο του σύμπαντος.
Σχετίζεται με: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb παρατηρεί αστρική συμπεριφορά που δεν έχει ξαναδεί σε μακρινό νεφέλωμα (βίντεο, φωτογραφία)
«Η έκπληξη και η έκπληξη ήταν απίστευτη όταν ανοίξαμε τις εικόνες του JWST για πρώτη φορά», δήλωσε η Angela Adamo από το Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης και το Oskar Klein Center στη Σουηδία και επικεφαλής της ομάδας σε μια δήλωση. «Είδαμε μια μικρή αλυσίδα από φωτεινές κουκκίδες που αντανακλώνται από τη μία πλευρά στην άλλη – αυτά τα κοσμικά κοσμήματα είναι αστρικά σμήνη! Χωρίς το JWST, δεν θα ξέραμε ότι κοιτούσαμε αστρικά σμήνη σε έναν τόσο νεαρό γαλαξία!».
Τα πρόσφατα ανακαλυφθέντα αστρικά σμήνη στο τόξο Cosmic Gems είναι αξιοσημείωτα για τη μάζα και την πυκνότητά τους. Η πυκνότητα των σμηνών πέντε αστέρων είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή των γειτονικών αστρικών σμηνών.
Ένα χέρι βοήθειας από τον Αϊνστάιν
Η εποχή του επαναιονισμού είναι τόσο σημαντική γιατί κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης οι πρώτες πηγές φωτός στο σύμπαν -πρώιμοι γαλαξίες, αστέρια και κβάζαρ που τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες- παρείχαν την ενέργεια που απαιτείται για τη διάσπαση των ηλεκτρονίων από το ουδέτερο υδρογόνο στο σύμπαν.
Τα πρόσφατα ανακαλυφθέντα αστρικά σμήνη βρίσκονται σε μια πολύ μικρή περιοχή του γαλαξία τους, αλλά είναι υπεύθυνα για το μεγαλύτερο μέρος του υπεριώδους φωτός αυτού του γαλαξία. Αυτό σημαίνει ότι τέτοια συμπλέγματα μπορεί να ήταν οι κύριοι μοχλοί επαναιονισμού.
Μελετώντας τον επαναιονισμό, οι επιστήμονες μπορούν να μάθουν περισσότερα για τις διαδικασίες που σχημάτισαν δομές μεγάλης κλίμακας στο σύμπαν. Αυτό μπορεί να δείξει πώς η εξαιρετικά ομοιόμορφη κατανομή της ύλης στους πρώιμους κοσμικούς χρόνους έδωσε τη θέση της στο εξαιρετικά δομημένο σύμπαν των γαλαξιών (και των σμηνών γαλαξιών) που βλέπουν οι αστρονόμοι στις μεταγενέστερες εποχές του σύμπαντος.
Πιο συγκεκριμένα, αυτά τα πέντε πρώιμα αστρικά σμήνη μπορούν να αποκαλύψουν πού σχηματίστηκαν τα αστέρια και πώς κατανεμήθηκαν στη βρεφική ηλικία του σύμπαντος. Αυτό παρέχει μια μοναδική ευκαιρία να μελετήσουμε το σχηματισμό άστρων και την εσωτερική λειτουργία των νεαρών γαλαξιών από μια άνευ προηγουμένου απόσταση, λέει η ομάδα μελέτης.
«Η απίστευτη ευαισθησία και η γωνιακή ανάλυση του JWST σε μήκη κύματος κοντά στο υπέρυθρο, σε συνδυασμό με τον βαρυτικό φακό του τεράστιου σμήνος γαλαξιών στο προσκήνιο, κατέστησαν δυνατή αυτή την ανακάλυψη», δήλωσε στη δήλωση ο Larry Bradley, ο κύριος ερευνητής του προγράμματος παρατήρησης που συνέλεξε τα δεδομένα. . «Κανένα άλλο τηλεσκόπιο δεν θα μπορούσε να κάνει αυτή την ανακάλυψη».
Για να δει τέτοια μακρινά αντικείμενα όπως υπήρχαν στο πρώιμο σύμπαν, το JWST χρησιμοποιεί μια αρχή από τη θεωρία της βαρύτητας του Αϊνστάιν το 1915: τη γενική σχετικότητα.
Η γενική σχετικότητα υποστηρίζει ότι τα αντικείμενα με μάζα λυγίζουν το ύφασμα του χώρου και του χρόνου, το οποίο συνδυάζεται σε μια τετραδιάστατη οντότητα που ονομάζεται «χωροχρόνος». Όσο μεγαλύτερη μάζα έχει ένα αντικείμενο, τόσο μεγαλύτερη είναι η καμπυλότητα του χωροχρόνου που προκαλεί.
Όταν το φως από πηγές φόντου διέρχεται από αυτήν την παραμόρφωση, η διαδρομή του γίνεται καμπύλη. Όσο πιο κοντά πλησιάζει το φως στο αντικείμενο που παραμορφώνει, τόσο περισσότερο η διαδρομή του καμπυλώνεται. Ως αποτέλεσμα, το φως από ένα μεμονωμένο αντικείμενο μπορεί να φτάσει σε έναν παρατηρητή, όπως το JWST, περισσότερες από μία φορές και σε διαφορετικούς χρόνους.
Αυτό σημαίνει ότι οι πηγές φωτός μπορεί να εμφανίζονται σε πολλά σημεία στην ίδια εικόνα, οι θέσεις τους μπορεί να μετατοπιστούν σε εμφανείς θέσεις ή, το πιο χρήσιμο, το φως τους μπορεί να ενισχυθεί. Το τελευταίο φαινόμενο ονομάζεται «βαρυτικός φακός», όπου το σώμα μεταξύ ενός απομακρυσμένου αντικειμένου φόντου και της Γης ονομάζεται «αντικείμενο φακού».
Σε αυτήν την περίπτωση, το αντικείμενο φακού είναι ένα σμήνος γαλαξιών με φακό που ονομάζεται SPT-CL J0615−5746 και τα αντικείμενα φόντου είναι οι Cosmic Gems, τα αστρικά σμήνη τους και δύο μακρινοί γαλαξίες.
«Αυτό που είναι ιδιαίτερο για τη σειρά Cosmic Gems είναι ότι χάρη στον βαρυτικό φακό, μπορούμε πραγματικά να επιλύσουμε τον γαλαξία σε κλίμακες parsec!» είπε ο Adamo.
Πώς σχηματίζονται τα σφαιρικά σμήνη;
Μια πολλά υποσχόμενη μελέτη παρακολούθησης αυτής της παρατήρησης JWST των πρώιμων αστρικών σμηνών εξετάζει τον σχηματισμό αστρικών διατάξεων, τα λεγόμενα «σφαιρικά αστρικά σμήνη». Όπως μπορεί να φανεί στον γαλαξία μας, τον Γαλαξία μας, τα σφαιρωτά σμήνη είναι αρχαία λείψανα έντονων εκρήξεων σχηματισμού αστεριών στο πρώιμο σύμπαν.
Οι επιστήμονες δεν είναι απολύτως βέβαιοι πώς αυτές οι σφαιρικές συλλογές από σφιχτά συσκευασμένα, δεσμευμένα στη βαρύτητα αστέρια συνδυάζονται, αλλά το σημαντικότερο είναι ότι τα ογκώδη και πυκνά νεαρά αστρικά σμήνη στο τόξο των Cosmic Gems θα μπορούσαν κάλλιστα να είναι τα πρώτα στάδια του σχηματισμού σφαιρωτού σμήνος. Αυτό σημαίνει ότι θα μπορούσαν να παρέχουν ένα απίστευτα χρήσιμο παράθυρο στα πρώιμα στάδια του σχηματισμού σφαιρικών σμήνων.
Αυτά τα σμήνη πέντε αστέρων θα μπορούσαν επίσης να συμβάλουν στην κατανόηση άλλων πτυχών της κοσμικής εξέλιξης.
“Η υψηλή πυκνότητα των αστεριών σε αυτά τα σμήνη μας δίνει τις πρώτες ενδείξεις για τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό τους. Αυτό μας δίνει νέες γνώσεις για τον πιθανό σχηματισμό αστεριών πολύ μεγάλης μάζας και σπόρων μαύρης τρύπας, που είναι και οι δύο σημαντικοί για την εξέλιξη των γαλαξιών ” είπε ο Adamo.
Η έρευνα για το τόξο Cosmic Gems συνεχίζεται. Η ομάδα πίσω από αυτήν την έρευνα σχεδιάζει ήδη να παρατηρήσει αυτόν τον πρώιμο γαλαξία κατά τη διάρκεια του τρίτου επιχειρησιακού κύκλου του διαστημικού τηλεσκοπίου 10 δισεκατομμυρίων δολαρίων χρησιμοποιώντας το φασματογράφο εγγύς υπέρυθρο (NIRSpec) και το μέσο υπέρυθρο όργανο (MIRI) της JWST.
«Οι παρατηρήσεις του NIRSpec θα μας επιτρέψουν να επιβεβαιώσουμε την ερυθρή μετατόπιση του γαλαξία και να μελετήσουμε την υπεριώδη ακτινοβολία των αστρικών σμηνών, η οποία με τη σειρά της θα χρησιμεύσει στη μελέτη των φυσικών τους ιδιοτήτων με περισσότερες λεπτομέρειες», είπε ο Bradley. «Οι παρατηρήσεις MIRI θα μας επιτρέψουν να μελετήσουμε τις ιδιότητες του ιονισμένου αερίου».
Αυτές οι φασματοσκοπικές παρατηρήσεις θα πρέπει να παρέχουν πληροφορίες σχετικά με το πόσο έντονος ήταν ο σχηματισμός άστρων στις ενεργές θέσεις αυτού του νεαρού γαλαξία.
ΠΑΡΟΜΟΙΕΣ ΑΝΑΡΤΗΣΕΙΣ:
— Το εμβληματικό Νεφέλωμα Καβούρι λάμπει σε όμορφη θέα από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb
— Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb βλέπει το νεφέλωμα του Ωρίωνα με ένα εκπληκτικό νέο φως
— Το ροζ νεφέλωμα λάμπει στην όμορφη νέα φωτογραφία του τηλεσκοπίου ESO
Οι αστρονόμοι πίσω από αυτή τη μελέτη τώρα σχεδιάζουν επίσης να εξετάσουν άλλους γαλαξίες για να αναζητήσουν αστρικά σμήνη παρόμοια με αυτά τα πέντε.
«Είμαι πεπεισμένος ότι υπάρχουν άλλα συστήματα όπως αυτό στο πρώιμο σύμπαν που περιμένουν να ανακαλυφθούν. Αυτό θα μας επιτρέψει να εμβαθύνουμε την κατανόησή μας για τους πρώιμους γαλαξίες», δήλωσε το μέλος της ομάδας Eros Vanzella από το Εθνικό Ινστιτούτο Αστροφυσικής (INAF).
Η έρευνα της ομάδας δημοσιεύτηκε τη Δευτέρα (24 Ιουνίου) στο περιοδικό Nature.