Dziwna galaktyka, której gaz świeci jaśniej niż gwiazdy, została odkryta miliard lat później Wielki Wybuch może reprezentować nieznaną wcześniej fazę ewolucji galaktycznej.
Pośród zatłoczonego pola galaktyk schwytanych przez NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webbajedna skądinąd niepozorna galaktyka wyróżnia się emitowaniem sygnatury świetlnej, jakiej astronomowie nigdy wcześniej nie widzieli. Astronom obserwacyjny i teoretyk wspólnie badali potencjalne przyczyny. Doszli do wniosku, że dziwne widmo galaktyki GS-NDG-9422 prawdopodobnie pochodzi od jej przegrzanego gazu, a nie od gwiazd.
Ten intrygujący wniosek otwiera kilka przyszłych ścieżek badań, w tym powiązanie pomiędzy tą dziwną galaktyką a pierwszą generacją gwiazd we Wszechświecie – które również mają zostać przyćmione przez gaz mgławicowy.
W Dziwnej Galaktyce Kosmiczny Teleskop Webba znajduje potencjalne brakujące połączenie z pierwszymi gwiazdami
Astronomowie odkryli coś bezprecedensowego, zaglądając głęboko we wczesny Wszechświat za pomocą należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Odkryli galaktykę z dziwną sygnaturą świetlną, którą przypisują zawartemu w niej gazowi przyćmiewającemu gwiazdy. Odkryta około miliard lat po Wielkim Wybuchu galaktyka GS-NDG-9422 (9422) może stanowić brakujące ogniwo w ewolucji galaktycznej pomiędzy pierwszymi gwiazdami Wszechświata a znanymi, dobrze znanymi galaktykami.
„Moją pierwszą myślą, patrząc na widmo galaktyki, było: «to dziwne», i właśnie do tego właśnie miał ujawnić teleskop Webba: zupełnie nowe zjawiska we wczesnym Wszechświecie, które pomogą nam zrozumieć, jak rozpoczęła się kosmiczna historia” – powiedział kierownik badacz Alex Cameron z Uniwersytet Oksfordzki.
Dolna grafika porównuje to, czego astronomowie spodziewaliby się zobaczyć w „typowej” galaktyce, w której światło pochodzi głównie od gwiazd (biała linia), z teoretycznym modelem światła pochodzącego od gorącego gazu mgławicowego, przyćmiewającego gwiazdy (żółta linia). Model pochodzi od współpracownika Camerona, astronoma-teoretyka Harleya Katza, i wspólnie zdali sobie sprawę z podobieństw między modelem a obserwacjami Camerona dotyczącymi galaktyki GS-NDG-9422 (na górze) za pośrednictwem Webba. Niezwykłe pogorszenie widma galaktyki, prowadzące do nadmiernego wzrostu zawartości obojętnego wodoru, niemal idealnie pasuje do modelu Katza dotyczącego widma zdominowanego przez przegrzany gaz.
Chociaż to wciąż tylko jeden przykład, Cameron, Katz i ich koledzy badacze uważają, że wniosek, że w galaktyce GS-NDG-9422 dominuje światło mgławicowe, a nie światło gwiazd, jest ich najważniejszym punktem wyjścia do przyszłych badań. Szukają więcej galaktyk wokół tego samego miliarda lat w historii wszechświata, mając nadzieję znaleźć więcej przykładów galaktyk nowego typu, brakującego ogniwa w historii ewolucji galaktycznej.
Źródło: NASA, ESA, CSA, Leah Hustak (STScI)
Teoretyczne spostrzeżenia i obserwacje
Cameron skontaktował się z kolegą Harleyem Katzem, teoretykiem, aby omówić dziwne dane. Pracując razem, ich zespół odkrył, że komputerowe modele kosmicznych obłoków gazu podgrzewanych przez bardzo gorące, masywne gwiazdy do tego stopnia, że gaz świecił jaśniej od gwiazd, niemal idealnie pasowały do obserwacji Webba.
„Wygląda na to, że te gwiazdy muszą być znacznie gorętsze i masywniejsze niż to, co widzimy we wszechświecie lokalnym, co ma sens, ponieważ wczesny Wszechświat miał zupełnie inne środowisko” – powiedział Katz z Oxfordu i Instytutu Uniwersytet w Chicago.
Właściwości Galaxy 9422
We wszechświecie lokalnym typowe gorące, masywne gwiazdy mają temperaturę w zakresie od 70 000 do 90 000 stopni Fahrenheita (40 000 do 50 000 stopni Celsjusz). Według zespołu galaktyka 9422 ma gwiazdy o temperaturze wyższej niż 140 000 stopni Fahrenheita (80 000 stopni Celsjusza).
Zespół badawczy podejrzewa, że galaktyka znajduje się w trakcie krótkiej fazy intensywnego powstawania gwiazd wewnątrz obłoku gęstego gazu, w wyniku którego powstaje duża liczba masywnych, gorących gwiazd. W obłok gazu uderzana jest tak duża liczba fotonów światła gwiazd, że świeci niezwykle jasno.
To zdjęcie pokazuje długości fal światła w bliskiej podczerwieni, które zostały przełożone na kolory światła widzialnego. Klucz kolorów pokazuje, jakie filtry zostały użyte podczas zbierania światła. Kolor nazwy każdego filtra to kolor światła widzialnego używany do przedstawienia światła podczerwonego przechodzącego przez ten filtr.
Źródło: NASA, ESA, CSA, STScI, Alex Cameron (Oxford)
Implikacje dla kosmicznej ewolucji
Oprócz swojej nowości, gaz mgławicowy przyćmiewający gwiazdy jest intrygujący, ponieważ jest przewidywany w środowiskach gwiazd pierwszej generacji wszechświata, które astronomowie klasyfikują jako gwiazdy III populacji.
„Wiemy, że w tej galaktyce nie ma gwiazd III populacji, ponieważ dane Webba pokazują zbyt dużą złożoność chemiczną. Jednak jej gwiazdy różnią się od tych, które znamy – egzotyczne gwiazdy w tej galaktyce mogą być przewodnikiem pomagającym zrozumieć, w jaki sposób galaktyki przekształciły się z gwiazd pierwotnych w typy galaktyk, które już znamy” – powiedział Katz.
W tym momencie galaktyka 9422 jest jednym z przykładów tej fazy rozwoju galaktyki, więc nadal pozostaje wiele pytań, na które należy odpowiedzieć. Czy takie warunki są powszechne w galaktykach w tym okresie, czy też zdarzają się rzadko? Co więcej mogą nam powiedzieć o jeszcze wcześniejszych fazach ewolucji galaktyk? Cameron, Katz i ich współpracownicy aktywnie identyfikują kolejne galaktyki, które można dodać do tej populacji, aby lepiej zrozumieć, co działo się we wszechświecie w ciągu pierwszego miliarda lat po Wielkim Wybuchu.
„To bardzo ekscytujący czas, móc wykorzystać teleskop Webba do zbadania tego okresu we wszechświecie, który był kiedyś niedostępny” – powiedział Cameron. „Jesteśmy dopiero na początku nowych odkryć i zrozumienia”.
Artykuł badawczy został opublikowany w Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
Odniesienie: „Galaktyki zdominowane przez mgławice: wgląd w funkcję początkowej masy gwiazd przy dużym przesunięciu ku czerwieni”, Alex J. Cameron, Harley Katz, Callum Witten, Aayush Saxena, Nicolas Laporte i Andrew J. Bunker, 21 czerwca 2024 r., Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
DOI: 10.1093/mnras/stae1547
Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest najważniejszym na świecie obserwatorium nauk kosmicznych. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spoglądając dalej, na odległe światy wokół innych gwiazd i badając tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. Webb to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami, ESA (Europejska Agencja Kosmiczna) i CSA (Kanadyjska Agencja Kosmiczna).
