Teleskop Webba pokazuje jedne z najbardziej odległych galaktyk, jakie kiedykolwiek widziano

Odkryte przez astronomów galaktyki pretendują do miana najodleglejszych galaktyk, jakie kiedykolwiek widziano. Obie struktury zostały zobrazowane kilka dni po rozpoczęciu pracy JWST w lipcu tego roku. Przez ten czas uczeni dokładnie przeanalizowali zebrane dane i swoje wnioski opublikowali na łamach "The Astrophysical Journal Letters" w dwóch pracach (DOI: 10.3847/2041-8213/ac94d0, DOI: 10.3847/2041-8213/ac8e6e).

Galaktyki zostały dostrzeżone na zdjęciach zewnętrznych obszarów gigantycznej gromady galaktyk Abell 2744. Jednak nowo odkryte galaktyki nie znajdują się wewnątrz gromady, ale wiele miliardów lat świetlnych za nią. Galaktyka oznaczona na fotografii ilustrującej teks numerem 1 istniała 450 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Galaktyka oznaczona numerem 2 istniała 350 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Galaktyki te są maleńkie w porównaniu z naszą Drogą Mleczną, stanowią zaledwie kilka procent jej rozmiaru.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Naukowcy wciąż muszą potwierdzić odległości do tych galaktyk, analizując właściwości spektralne ich światła. Ale jeśli wstępne szacunki są prawidłowe, to galaktyki te pojawiły się zaledwie 350 do 450 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Dalsze analizy powinny ujawnić także tempo powstawania wczesnych gwiazd i obfitość pierwiastków w ich składzie.

Zaobserwowane galaktyki wyglądają zupełnie inaczej niż dojrzałe galaktyki obecnie widoczne wokół nas. Do tego są wyjątkowo jasne, co zastanawia naukowców. Wraz z innymi niedawnymi odkryciami JWST, obserwacje te wskazują, że galaktyki powstały i ewoluowały wcześniej w historii Wszechświata, niż dotąd przypuszczano.

- Wszystko, co widzimy, jest nowe. Webb pokazuje nam, że istnieje bardzo bogaty Wszechświat wykraczający poza to, co sobie wyobrażaliśmy — powiedział Tommaso Treu z University of California w Los Angeles. - Po raz kolejny Wszechświat nas zaskoczył. Te wczesne galaktyki są bardzo niezwykłe pod wieloma względami – dodał.

Opublikowane wstępne wyniki pochodzą z szerszej inicjatywy badawczej JWST i obejmującej dwa programy Early Release Science (ERS): Grism Lens-Amplified Survey from Space (GLASS) oraz Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS). Naukowcy w ciągu zaledwie czterech dni od opublikowania pierwszych danych zebranych przez Webba natrafili na te dwie prastare galaktyki.

- Byliśmy zdumieni, gdy znaleźliśmy najodleglejsze światło gwiazd, jakie ktokolwiek kiedykolwiek widział, zaledwie kilka dni po opublikowaniu przez Webba pierwszych danych — powiedział Rohan Naidu z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Massachusetts Institute of Technology. Uczony odniósł się do bardziej odległej galaktyki odkrytej w programie GLASS i określanej jako GLASS-z12. Astronomowie uważają, że struktura ta powstała około 350 milionów lat po Wielkim Wybuchu. To najodleglejsza zaobserwowana galaktyka. Poprzednią rekordzistką była galaktyka GN-z11, która istniała już 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu i została zidentyfikowana w 2016 roku przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a i Teleskopy Kecka.

- W oparciu o wszystkie przewidywania uznaliśmy, że musimy przeszukać znacznie większy obszar przestrzeni, aby znaleźć takie galaktyki" – powiedział Marco Castellano z National Institute for Astrophysics w Rzymie.

- Te obserwacje sprawiają, że głowa eksploduje. To zupełnie nowy rozdział w astronomii. To jak wykopaliska archeologiczne, w których nagle znajdujesz zaginione miasto lub coś, o czym nie wiedziałeś. To po prostu oszałamiające – dodała Paola Santini.

- Chociaż odległości tych wczesnych źródeł nadal wymagają potwierdzenia spektroskopowego, ich ekstremalna jasność jest prawdziwą zagadką, kwestionującą nasze rozumienie formowania się galaktyk — zauważył Pascal Oesch z University of Geneva w Szwajcarii.

Obserwacje Webba sugerują, że niezwykła liczba galaktyk we wczesnym Wszechświecie była znacznie jaśniejsza niż oczekiwano. Może to ułatwić znalezienie przez JWST jeszcze większej liczby wczesnych galaktyk w kolejnych przeglądach głębokiego nieba.

Jak się uważa, po Wielkim Wybuchu, który nastąpił 13,8 miliarda lat temu, Wszechświat doświadczył tzw. Ciemnych Wieków, kiedy mroków kosmosu nie rozświetlało żadne światło. Potrzeba było dużo czasu, aby zaczęły powstawać gwiazdy i galaktyki, które dały pierwsze światło we Wszechświecie. Dotychczas przeważał pogląd, że galaktyki powoli rosły przez pierwsze kilkaset milionów lat, powoli stając się coraz większymi i jaśniejszymi w chaotycznym środowisku. Ale nowe obserwacje JWST sugerują, że obraz jest bardziej złożony.

- Udało nam się coś, co jest niesamowicie fascynujące. Galaktyki te musiały zacząć się łączyć być może zaledwie 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Nikt nie spodziewał się, że Ciemne Wieki skończyły się tak wcześnie – powiedział Garth Illingworth z University of California w Santa Cruz.

Podobnie jak wiele innych odległych galaktyk dostrzeżonych przez JWST, dwie pretendentki do miana najbardziej odległej galaktyki wydają się małe i jasne, co sugeruje, że są raczej zwartymi obiektami w kształcie dysku. Ich jasność wskazuje, że galaktyki wcześniej niż się dotąd uważało rozwinęły dobrze zorganizowane struktury z wielu gwiazd.

- Galaktyki te bardzo różnią się od Drogi Mlecznej lub innych dużych galaktyk, które widzimy dzisiaj wokół nas – powiedział Treu. Odkryte struktury są niezwykle jasne. Jednym z wyjaśnień jest to, że mogły być bardzo masywne, z wieloma gwiazdami o małej masie. Alternatywnie, mogły być mniej masywne i składać się ze znacznie mniejszej liczby niezwykle jasnych gwiazd, znanych jako gwiazdy III populacji.

Od dawna teoretyzowano, że te pierwsze gwiazdy, jakie narodziły się we Wszechświecie, czyli gwiazdy III populacji, osiągały ogromne temperatury. Składały się z wodoru i helu i dopiero w ich wnętrzach powstały cięższe pierwiastki. W naszym kosmicznym otoczeniu nie widać tak ekstremalnie gorących, pierwotnych gwiazd. Gwiazd III populacji jeszcze nie widzieliśmy. Być może to właśnie te, jeśli nie, to Webb nadal będzie ich szukać.

- Rzeczywiście najdalsze źródło jest bardzo zwarte, a jego kolory wydają się wskazywać, że jego gwiezdna populacja jest szczególnie pozbawiona ciężkich pierwiastków i może nawet zawierać gwiazdy III populacji – powiedział Adriano Fontana, członek zespołu GLASS.

Ale Webb zebrał ogromne ilości danych. W nich znajduje się wielu innych kandydatów na najodleglejsze galaktyki, jednak dane są wciąż analizowane, dlatego będziemy musieli jeszcze trochę poczekać na kolejne publikacje.

Zdjęcia w wysokiej rozdzielczości można znaleźć na stronach teleskopu Webba.

Źródło: ESA, Nature, fot. NASA, ESA, CSA, T. Treu (UCLA)