Od martwych galaktyk po tajemnicze czerwone kropki – oto, co Teleskop Jamesa Webba odkrył w ciągu zaledwie 3 lat

Tego dnia trzy lata temu byliśmy świadkami wciągająca premiera Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), największego i najpotężniejszego teleskopu, jaki człowiek kiedykolwiek wysłał w przestrzeń kosmiczną.

Budowa trwała 30 lat, ale w ciągu trzech krótkich lat działalności JWST zrewolucjonizowało już nasze spojrzenie na kosmos.

Badał nasz Układ Słoneczny, badał atmosfery odległych planet w poszukiwaniu oznak życia i badał najdalsze głębiny, aby znaleźć pierwsze gwiazdy i galaktyki powstałe we wszechświecie.

Oto, czego JWST nauczył nas o wczesnym wszechświecie od czasu jego uruchomienia – i nowych tajemnicach, które odkrył.

Straszne niebieskie potwory

JWST przesunął granicę tego, jak daleko możemy zajrzeć we wszechświat, aby znaleźć pierwsze gwiazdy i galaktyki. Ponieważ atmosfera ziemska jest na uboczu, jej położenie w przestrzeni kosmicznej stwarza doskonałe warunki do zaglądania w głąb kosmosu za pomocą światła podczerwonego.

Obecny rekord najodleglejszej galaktyki potwierdzony przez JWST sięga czasów, gdy istniał Wszechświat miał zaledwie około 300 milionów lat. Co zaskakujące, w tak krótkim czasie galaktyka ta zdołała uformować masę około 400 milionów razy większą od naszego Słońca.

Wskazuje to, że powstawanie gwiazd we wczesnym Wszechświecie było niezwykle wydajne i ta galaktyka nie jest jedyna.

Kiedy galaktyki rosną, ich gwiazdy eksplodują, tworząc pył. Im większa galaktyka, tym więcej ma pyłu. Pył ten sprawia, że ​​galaktyki wydają się czerwone, ponieważ pochłania niebieskie światło. Ale tu jest haczyk: JWST pokazał, że te pierwsze galaktyki są szokująco jasne i masywne i bardzo niebieskibez śladu kurzu. To prawdziwa zagadka.

Istnieje wiele teorii wyjaśniających dziwną naturę tych pierwszych galaktyk. Czy mają ogromne gwiazdy, które po prostu zapadają się pod wpływem grawitacji, nie ulegając potężnym eksplozjom supernowych?

A może mają tak duże eksplozje, że cały pył jest wypychany daleko od galaktyki, odsłaniając niebieskie, wolne od pyłu jądro? Być może pył ulega zniszczeniu w wyniku intensywnego promieniowania tych wczesnych egzotycznych gwiazd – po prostu jeszcze tego nie wiemy.

Niezwykła chemia we wczesnych galaktykach

Wczesne gwiazdy były kluczowymi elementami składowymi tego, co ostatecznie stało się życiem. Wszechświat powstał z wodoru, helu i niewielkiej ilości litu. Wszystkie pozostałe pierwiastki, od wapnia w naszych kościach po tlen w powietrzu, którym oddychamy, zostały wykute w jądrach tych gwiazd.

JWST to odkrył wczesne galaktyki mają również niezwykłe cechy chemiczne.

Zawierają znaczną ilość azotu, znacznie większą niż obserwujemy na Słońcu, podczas gdy większość innych metali występuje w mniejszych ilościach. Sugeruje to, że we wczesnym wszechświecie miały miejsce procesy, których jeszcze w pełni nie rozumiemy.

JWST pokazało, że nasze modele tego, w jaki sposób gwiazdy napędzają ewolucję chemiczną galaktyk, są wciąż niekompletne, co oznacza, że ​​nadal nie w pełni rozumiemy warunki, które doprowadziły do ​​naszego istnienia.

Małe rzeczy, które zakończyły kosmiczne ciemne wieki

Wykorzystując masywne gromady galaktyk jako gigantyczne szkła powiększające, czułe kamery JWST mogą także zajrzeć w głąb kosmosu znaleźć najsłabsze galaktyki.

Posunęliśmy się dalej, aby znaleźć punkt, w którym galaktyki stają się tak słabe, że całkowicie przestają tworzyć gwiazdy. Pomaga nam to zrozumieć warunki, w jakich dobiega końca powstawanie galaktyk.

JWST nie znalazł jeszcze tego limitu. Odkrył jednak wiele słabych galaktyk, znacznie więcej niż oczekiwano, emitujących ponad czterokrotnie energiczne fotony (cząstki światła), których oczekiwaliśmy.

Odkrycie sugeruje, że te małe galaktyki mogły odegrać kluczową rolę zakończenie kosmicznych „ciemnych wieków” niedługo po Wielkim Wybuchu.

Tajemnicza sprawa małych czerwonych kropek

Już pierwsze zdjęcia JWST zaowocowały kolejnym dramatycznym, nieoczekiwanym odkryciem. Wczesny wszechświat był zamieszkany przez mnóstwo „małe czerwone kropki„: niezwykle zwarte, czerwone źródła nieznanego pochodzenia.

Początkowo sądzono, że są to masywne, supergęste galaktyki, co nie powinno być możliwe, ale szczegółowe obserwacje przeprowadzone w zeszłym roku ujawniły kombinację głęboko zagadkowych i sprzecznych właściwości.

Jasny gaz wodorowy emituje światło z ogromną prędkością, tysiące kilometrów na sekundę, charakterystyczną dla gazu wirującego wokół supermasywnej czarnej dziury.

Zjawisko to, zwane aktywnym jądrem galaktycznym, zwykle wskazuje na szaleństwo żerowania, podczas którego supermasywna czarna dziura pożera cały otaczający ją gaz, szybko rosnąc.

Ale to nie są aktywne jądra galaktyczne twojej odmiany. Po pierwsze, nie emitują żadnych wykrywalnych promieni rentgenowskich, jak zwykle się oczekuje. Co jeszcze bardziej intrygujące, wydają się mieć cechy populacji gwiazd.

Czy te galaktyki mogą być jednocześnie gwiazdami i aktywnymi jądrami galaktycznymi? A może jakiś etap ewolucyjny pomiędzy? Czymkolwiek są, małe czerwone kropki prawdopodobnie nauczą nas czegoś o narodzinach zarówno supermasywnych czarnych dziur, jak i gwiazd w galaktykach.

Niemożliwie wczesne galaktyki

Oprócz niezwykle żywych wczesnych galaktyk, JWST znalazło także niezwykle martwe zwłoki: galaktyki we wczesnym Wszechświecie, które są pozostałościami intensywnego powstawania gwiazd podczas kosmicznego świtu.

Zwłoki te zostały znalezione przez Hubble’a i teleskopy naziemne, ale tylko JWST było w stanie przeprowadzić analizę ich światła, aby dowiedzieć się, jak długo były martwe.

Odkrył kilka niezwykle masywnych galaktyk (tak masywnych jak nasza dzisiejsza Droga Mleczna, a nawet więcej), które powstały w ciągu pierwszych 700 milionów lat historii kosmosu. Nasze obecne modele powstawania galaktyk nie są w stanie wyjaśnić tych obiektów – są one zbyt duże i powstały zbyt wcześnie.

Kosmolodzy wciąż debatują, czy modele można dopasowywać do kształtu (na przykład, czy wczesne formowanie się gwiazd było niezwykle wydajne), czy też musimy ponownie rozważyć naturę ciemnej materii i sposób, w jaki powoduje ona powstawanie wczesnych zapadających się obiektów.

JWST w przyszłym roku odkryje znacznie więcej tych obiektów i dokładniej przestudiuje już istniejące. Tak czy inaczej, dowiemy się tego wkrótce.

Co dalej z JWST?

Teleskop już na etapie pierwszych kroków ujawnił wiele niedociągnięć naszych obecnych modeli Wszechświata. Podczas gdy udoskonalamy nasze modele, aby uwzględnić aktualizacje, które przyniósł nam JWST, najbardziej jesteśmy podekscytowani nieznanymi niewiadomymi.

Tajemnicze czerwone kropki ukrywały się przed naszym wzrokiem. Co jeszcze kryje się w głębinach kosmosu? JWST wkrótce nam o tym powie.

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa na licencji Creative Commons. Przeczytaj oryginalny artykuł.