Αυτό που ήταν λίγο περισσότερο από μια κουκκίδα φωτός για το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble αποκαλύφθηκε ότι είναι ένας από τους παλαιότερους γαλαξίες που ανακαλύφθηκαν ποτέ – και η ανακάλυψη δεν οφείλεται σε κανέναν άλλον από τον μικρότερο αδερφό του Hubble: το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb.
Η διεθνής συνεργασία Glass του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb έκανε λεπτομερείς παρατηρήσεις του γαλαξία, που ονομάζεται Gz9p3, που βρίσκεται μόλις 510 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Αυτό ήταν στα σχετικά πρώιμα στάδια του σύμπαντος, το οποίο είναι τώρα 13,8 δισεκατομμυρίων ετών.
Η ομάδα ανακάλυψε ότι ο Gz9p3, παρόμοιος με άλλους πρώιμους γαλαξίες που παρατηρήθηκαν από το JWST, είναι πολύ πιο μαζικός και ώριμος από ό,τι αναμενόταν για έναν γαλαξία στο πρώιμο σύμπαν. Στην αρχαία περίοδο, όταν ανακαλύφθηκε, φαινόταν ήδη να περιέχει πολλά δισεκατομμύρια αστέρια.
Όταν πρόκειται για το κοσμικό μυστήριο για το πώς οι πρώιμοι γαλαξίες έγιναν τόσο μαζικοί τόσο γρήγορα, το Gz9p3 θα μπορούσε να είναι ένα πραγματικό μυστήριο. Όχι μόνο είναι πιο μαζικός από το αναμενόμενο, αλλά είναι επίσης περίπου δέκα φορές πιο μαζικός από άλλους γαλαξίες που είδαν το JWST σε παρόμοιες περιόδους στην ιστορία του σύμπαντος.
Σχετίζεται με: Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb περιπλέκει το παράδοξο του διαστελλόμενου σύμπαντος επαληθεύοντας το έργο του Hubble
«Μόλις πριν από λίγα χρόνια, το Gz9p3 εμφανίστηκε ως ένα ενιαίο σημείο φωτός μέσω του διαστημικού τηλεσκοπίου Hubble», έγραψε ο Kit Boyett, μέλος της ομάδας και επιστήμονας στο Πανεπιστήμιο της Μελβούρνης, για τη δημοσίευση του ινστιτούτου Pursuit. «Αλλά χρησιμοποιώντας το JWST, μπορέσαμε να παρατηρήσουμε αυτό το αντικείμενο όπως ήταν 510 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, περίπου 13 δισεκατομμύρια χρόνια πριν».
Το Gz9p3 είναι απλά αξιοσημείωτο. Εκτός από το μέγεθος και την ωριμότητά του, το σχήμα του παρέχει επίσης στοιχεία για την προέλευσή του.
Σχηματίστηκε το Gz9p3 από μια πρώιμη συγχώνευση γαλαξιών;
Χρησιμοποιώντας JWST και άμεση απεικόνιση, η ομάδα μπόρεσε να προσδιορίσει ότι το Gz9p3 έχει ένα περίπλοκο σχήμα με δύο φωτεινά σημεία που αποκαλύπτουν τους δύο πυκνούς πυρήνες του. Αυτό υποδηλώνει ότι το Gz9p3 πιθανότατα σχηματίστηκε όταν δύο πρώιμοι γαλαξίες συγκρούστηκαν στο πρώιμο σύμπαν. Αυτή η σύγκρουση μπορεί να είναι ακόμα σε εξέλιξη τη στιγμή που οι αστρονόμοι παρατήρησαν το Gz9p3 με το JWST.
«Η εικόνα JWST του γαλαξία δείχνει μια μορφολογία που συνήθως σχετίζεται με δύο αλληλεπιδρώντες γαλαξίες. Και η συγχώνευση δεν έχει ακόμη ολοκληρωθεί, επειδή βλέπουμε ακόμα δύο στοιχεία», εξήγησε ο Boyett. «Όταν δύο ογκώδη αντικείμενα συνδυάζονται με αυτόν τον τρόπο, ουσιαστικά πετούν μέρος της ύλης στη διαδικασία. «Επομένως, αυτή η ουσία που απορρίφθηκε υποδηλώνει ότι αυτό που παρατηρήσαμε είναι μια από τις πιο μακρινές συγχωνεύσεις που έχουμε δει ποτέ».
Εκτός από τον προσδιορισμό της ηλικίας, της μάζας και του σχήματος αυτού του αρχαίου γαλαξία, ο Boyett και οι συνεργάτες του μπόρεσαν να εμβαθύνουν στο Gz9p3 για να μελετήσουν τον αστρικό πληθυσμό αυτών των συγκρουόμενων γαλαξιών. Επειδή τα νεαρά αστέρια είναι φωτεινότερα από τα παλαιότερα ομόλογά τους, συνήθως κυριαρχούν στις εικόνες των γαλαξιών, ειδικά εκείνων που είναι τόσο μακριά που το φως τους ταξιδεύει στη Γη εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια.
«Για παράδειγμα, ένας νέος, φωτεινός πληθυσμός που σχηματίζεται από συγχωνεύσεις γαλαξιών ηλικίας μικρότερης των μερικών εκατομμυρίων ετών θα ξεπεράσει έναν ηλικιωμένο πληθυσμό που είναι ήδη άνω των 100 εκατομμυρίων ετών», συνέχισε ο Boyett.
Η συνεργασία Glass παρέκαμψε αυτό το πρόβλημα πραγματοποιώντας φασματοσκοπικές παρατηρήσεις του Gz9p3 και εκμεταλλευόμενοι την άμεση απεικόνιση. Η φασματοσκοπία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό των στοιχείων που απαρτίζουν τα αστέρια. Επειδή τα μικρά και τα μεγάλα αστέρια έχουν διαφορετικές συνθέσεις, οι ερευνητές μπόρεσαν να διαχωρίσουν τις δύο κατηγορίες σε αυτόν τον πρώιμο γαλαξία.
Τα παλαιότερα αστέρια έχουν εργαστεί μέσω της παροχής υδρογόνου στους πυρήνες τους, συντήκοντας τα πάντα σε ήλιο και στη συνέχεια συντήκοντας αυτό το ήλιο για να δημιουργήσουν ακόμη βαρύτερα στοιχεία που οι αστρονόμοι αποκαλούν «μέταλλα». Αυτό σημαίνει ότι τα μεγαλύτερα αστέρια είναι πλουσιότερα σε μέταλλα από τα νεότερα αστέρια, στα οποία κυριαρχεί ακόμα υδρογόνο και λίγο ήλιο.
Η ομάδα μελέτης χρησιμοποίησε το JWST για να ανιχνεύσει συγκεκριμένα στοιχεία στον παλαιότερο αστρικό πληθυσμό του Gz9p3. Αυτά τα στοιχεία-στόχοι περιλάμβαναν πυρίτιο, άνθρακα και σίδηρο, με το τελευταίο να είναι το βαρύτερο στοιχείο που μπορεί να συντεθεί από αστέρια. Αυτό σημαίνει ότι όταν αυτά τα αστέρια πέθαιναν σε εκρήξεις σουπερνόβα, θα είχαν εμπλουτίσει το πρώιμο σύμπαν με μέταλλα. Μεγάλο μέρος αυτού του μεταλλικού περιεχομένου θα είχε γίνει αργότερα τα δομικά στοιχεία της επόμενης γενιάς αστεριών.
Επιπλέον, η ομάδα ανακάλυψε ότι ο πληθυσμός των παλαιών αστεριών στο Gz9p3 ήταν πολύ μεγαλύτερος από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως. Αυτό σημαίνει ότι ενώ οι αστρονόμοι είναι ξεκάθαροι σχετικά με αυτόν τον κύκλο αστρικής ζωής και θανάτου και τον αυξανόμενο εμπλουτισμό μετάλλων των επόμενων γενεών αστεριών, οι παρατηρήσεις του Gz9p3 υποδηλώνουν ότι οι γαλαξίες μπορεί να «ωριμάζουν χημικά» πιο γρήγορα από ό,τι πιστεύαμε προηγουμένως.
«Αυτές οι παρατηρήσεις παρέχουν στοιχεία για μια γρήγορη, αποτελεσματική συσσώρευση αστεριών και μετάλλων αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, σε συνδυασμό με συνεχιζόμενες συγχωνεύσεις γαλαξιών, και αποδεικνύουν ότι τεράστιοι γαλαξίες που περιείχαν πολλά δισεκατομμύρια αστέρια υπήρχαν νωρίτερα από το αναμενόμενο», έγραψε ο Boyett.
Ιστορία βίας
Οι γαλαξίες που απομονώνονται από τους γαλαξιακούς ομολόγους τους όντως σχηματίζουν αστέρια, αλλά η διαδικασία είναι αργή και τελειώνει όταν αυτός ο γαλαξίας έχει εξαντλήσει τη δεξαμενή αερίων και σκόνης, τα υλικά από τα οποία σχηματίζονται τα αστέρια.
Για τους γαλαξίες που βρίσκονται κοντά ο ένας στον άλλο, η διαδικασία σχηματισμού άστρων μπορεί να επιταχυνθεί και ακόμη και να αναβιώσει αφού σταματήσει. Αυτό συμβαίνει επειδή αυτοί οι γαλαξίες συγκρούονται καθώς έλκονται μεταξύ τους από τη βαρυτική έλξη του άλλου. Στη συνέχεια, η συγχώνευση έχει ως αποτέλεσμα μια εισροή φρέσκου αερίου, πυροδοτώντας μια περίοδο ταχείας σχηματισμού αστεριών που ονομάζεται «αστρική έκρηξη». Αυτό σημαίνει ότι οι συγχωνεύσεις παρέχουν μια εξαιρετική ευκαιρία στους γαλαξίες να επεκτείνουν γρήγορα τους αστρικούς πληθυσμούς τους.
Οι περισσότεροι μεγάλοι γαλαξίες στο σύμπαν αναπτύχθηκαν με αυτόν τον τρόπο. Ο δικός μας γαλαξίας, ο Γαλαξίας, έχει ο ίδιος ιστορία συγχωνεύσεων. Για παράδειγμα, έχει εμπλακεί στον κανιβαλισμό μικρότερων δορυφορικών γαλαξιών που κάποτε περιφέρονταν γύρω του. Ο Γαλαξίας αργεί προς το παρόν να σχηματίσει αστέρια, αλλά αυτό θα αλλάξει όταν συγκρουστεί με τον γειτονικό μας γαλαξία Ανδρομέδα σε περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Αυτό οδηγεί σε εισροή αερίου που πυροδοτεί μια νέα αστρική έκρηξη.
Χάρη στις παρατηρήσεις του Gz9p3, οι αστρονόμοι λαμβάνουν το μήνυμα ότι αυτό το κανάλι ήταν μεγαλύτερος παράγοντας για την ταχεία συσσώρευση μάζας και το σχηματισμό άστρων στο πρώιμο σύμπαν από ό,τι είχε προβλεφθεί.
Παρόμοιες αναρτήσεις:
— Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb μελετά την περιοχή σχηματισμού άστρων στον Τριγωνικό Γαλαξία (Εικόνες)
– Οι στόχοι του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb του επόμενου έτους περιλαμβάνουν μαύρες τρύπες, εξωφεγγάρια, σκοτεινή ενέργεια – και πολλά άλλα
– Το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb μπορεί να βρήκε μερικά από τα πρώτα αστέρια
«Αυτές οι παρατηρήσεις του Gz9p3 δείχνουν ότι οι γαλαξίες στο πρώιμο Σύμπαν ήταν σε θέση να συσσωρεύουν γρήγορα μάζα μέσω συγχωνεύσεων, με απόδοση σχηματισμού αστεριών υψηλότερη από την αναμενόμενη», εξήγησε ο Boyett. «Αυτές και άλλες παρατηρήσεις του JWST ωθούν τους αστροφυσικούς να προσαρμόσουν το μοντέλο τους για τα πρώτα χρόνια του σύμπαντος».
«Η κοσμολογία μας δεν είναι απαραιτήτως λανθασμένη, αλλά η κατανόησή μας για το πόσο γρήγορα σχηματίστηκαν οι γαλαξίες είναι πιθανώς λανθασμένη, επειδή είναι πιο ογκώδεις από όσο πιστεύαμε ποτέ ότι είναι δυνατό».
Τα αποτελέσματα της έρευνας της ομάδας δημοσιεύτηκαν στις 7 Μαρτίου στο περιοδικό Nature Astronomy.