70 dziwnych galaktyk na krawędzi Wszechświata. Wnioski są niepokojące
Teleskopy JWST i ALMA znalazły 70 starych, zakurzonych galaktyk tam, gdzie kosmos dopiero powinien raczkować. Modele ewolucji Wszechświata czeka korekta. I to znaczna.
Na granicy obserwowalnego Wszechświata, w epokach, w których kosmos według podręczników dopiero uczył się świecić pierwszymi gwiazdami, astronomowie ujrzeli coś niespodziewanego, a mianowicie 70 masywnych, chemicznie zaskakująco dojrzałych galaktyk. Historia narodzin gwiazd i galaktyk zaczęła się wcześniej, szybciej i gwałtowniej, niż dotąd sądziliśmy.
Galaktyki, które wyprzedziły swoją epokę
Nowo zbadane obiekty to tzw. zakurzone galaktyki gwiazdotwórcze, czyli ogromne zbiory gwiazd zanurzone w gęstych obłokach pyłu i gazu. Widzimy je takimi, jakie były mniej niż 1 mld lat po Wielkim Wybuchu, a w części przypadków zaledwie około 500 mln lat po starcie kosmosu.
Na tym etapie dziejów Wszechświata modele przewidywały raczej lekkie, dopiero formujące się galaktyki. Tymczasem obiekty te są masywne, intensywnie produkują gwiazdy i co najdziwniejsze są już bogate w pierwiastki. Chodzi o tlen, żelazo i krzem, a ich obecność oznacza, że w galaktyce zdążyły już żyć, wybuchać i rozrzucać materię co najmniej całe pokolenia gwiazd.
Jeżeli tyle ciężkich pierwiastków pojawia się tak wcześnie, to znaczy, że proces formowania gwiazd musiał wystartować praktycznie od razu po Wielkim Wybuchu, czyli znacznie wcześniej, niż zakładają obecne symulacje ewolucji kosmosu.
JWST i ALMA to duet, który widzi pył i najdalsze światło
Historia tych 70 galaktyk zaczęła się tak naprawdę od przeglądów wykonanych przez radioteleskopy ALMA w Chile. Zespół badawczy wyłowił z danych około 400 bardzo jasnych obiektów. Dopiero później do gry wszedł Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, który ostrym jak brzytwa spojrzeniem w podczerwieni pozwolił odsiać kandydatów znajdujących się naprawdę na skraju obserwowalnego Wszechświata. Z tej selekcji zostało 70 galaktyk – większości z nich ludzkość nigdy wcześniej nie widziała.
ALMA jest czuła na chłodne promieniowanie pyłu i gazu, JWST na rozciągnięte przez ekspansję kosmosu światło bardzo odległych gwiazd. Połączenie tych dwóch instrumentów pozwoliło nie tylko wykryć same galaktyki, ale też oszacować ich wiek, zawartość pyłu i ciężkich pierwiastków oraz tempo powstawania nowych gwiazd. Innymi słowy, zajrzeć do ich metryk i sprawdzić, na jakim etapie życia się znajdują.
Okazało się, że pod wieloma względami bardziej przypominają dojrzałe układy z późniejszych epok niż młode, dopiero składające się z pierwszych gwiazd galaktyki, jakie pamiętamy z kosmologicznych podręczników.
Kosmiczny sprint gwiazdotwórczy
Standardowy obraz ewolucji Wszechświata jest, w dużym uproszczeniu dość spokojny: po Wielkim Wybuchu najpierw powstają pierwsze gwiazdy, dopiero potem zlepiają się w większe układy, które z czasem rosną poprzez łączenie się i przyciąganie kolejnych porcji materii.
Przeczytaj także:
Nowe obserwacje sugerują raczej tu kosmiczny wyścig. Skoro 500-800 mln lat po Wielkim Wybuchu istnieją już masywne, zakurzone galaktyki z bogatą chemią, to znaczy, że:
- pierwsze gwiazdy musiały pojawić się bardzo wcześnie,
- ich narodziny musiały przebiegać wyjątkowo intensywnie,
- ciężkie pierwiastki zostały błyskawicznie wymieszane z gazem i wbudowane w kolejne pokolenia gwiazd.
Co dokładnie to oznacza dla modeli kosmologicznych? Naukowcy na razie nie mówią o obaleniu standardowego obrazu kosmosu, ale o jego poważnej korekcie. Trzeba będzie uwzględnić mechanizmy, które przyspieszają wzrost masy galaktyk i ich chemiczną dojrzałość we wczesnym Wszechświecie – czy to przez ekstremalne epizody formowania gwiazd, czy przez efekty grawitacyjne, które dotąd w symulacjach były niedoszacowane.
