Międzynarodowy zespół astronomów, w tym badacze z Centrum Astrofizyki | Harvard & Smithsonian dostrzegł najbardziej odległy obiekt astronomiczny w historii: galaktykę.
Nazwana HD1, kandydatka do galaktyki znajduje się około 13,5 miliarda lat świetlnych od nas i została opisana w czwartek w Astrophysical Journal. W towarzyszącym artykule opublikowanym w Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters naukowcy zaczęli spekulować, czym dokładnie jest galaktyka.
Zespół proponuje dwa pomysły: HD1 może tworzyć gwiazdy w zdumiewającym tempie i być może jest nawet domem dla gwiazd populacji III, pierwszych gwiazd we Wszechświecie, których do tej pory nigdy nie zaobserwowano. Alternatywnie, HD1 może zawierać supermasywną czarną dziurę o masie około 100 milionów mas Słońca.
„Odpowiedź na pytania dotyczące natury tak odległego źródła może być wyzwaniem” – mówi Fabio Pacucci, główny autor badania MNRAS, współautor artykułu odkrywczego na temat ApJ i astronom z Center for Astrophysics. „To tak, jakby odgadnąć narodowość statku z bandery, którą leci, będąc daleko na brzegu, w środku wichury i gęstej mgły. Może widać jakieś kolory i kształty flagi, ale nie w całości . To ostatecznie długa gra polegająca na analizie i wykluczeniu nieprawdopodobnych scenariuszy”.
HD1 jest niezwykle jasny w świetle ultrafioletowym. Aby to wyjaśnić, „zachodzą tam pewne procesy energetyczne lub, jeszcze lepiej, miały miejsce kilka miliardów lat temu”, mówi Pacucci.
Początkowo naukowcy założyli, że HD1 jest standardową galaktyką, w której wybuchają gwiazdy, galaktyką, która tworzy gwiazdy w szybkim tempie. Ale po obliczeniu, ile gwiazd produkowała HD1, uzyskali „niesamowitą szybkość – HD1 tworzyłaby ponad 100 gwiazd każdego roku. To co najmniej 10 razy więcej niż oczekujemy dla tych galaktyk”.
Wtedy zespół zaczął podejrzewać, że HD1 może nie tworzyć normalnych, codziennych gwiazd.
„Pierwsza populacja gwiazd, która uformowała się we wszechświecie, była masywniejsza, jaśniejsza i gorętsza niż współczesne gwiazdy” – mówi Pacucci. „Jeżeli założymy, że gwiazdy wyprodukowane w HD1 są tymi pierwszymi, czyli gwiazdami z populacji III, wówczas ich właściwości można łatwiej wyjaśnić. W rzeczywistości gwiazdy z populacji III są w stanie wytwarzać więcej światła UV niż zwykłe gwiazdy, co może wyjaśnić jasność ultrafioletowa HD1.”
Jednak supermasywna czarna dziura może również wyjaśnić ekstremalną jasność HD1. Ponieważ pochłania ogromne ilości gazu, fotony o wysokiej energii mogą być emitowane przez obszar wokół czarnej dziury.
Jeśli tak jest, byłaby to zdecydowanie najwcześniejsza supermasywna czarna dziura znana ludzkości, obserwowana znacznie bliżej czasu Wielkiego Wybuchu w porównaniu z obecnym rekordzistą.
„HD1 reprezentuje gigantyczne dziecko w sali porodowej we wczesnym Wszechświecie” – mówi Avi Loeb, astronom z Center for Astrophysics i współautor badania MNRAS. „Przełamuje najwyższe w historii przesunięcie ku czerwieni prawie dwukrotnie, co jest niezwykłym wyczynem”.
HD1 odkryto po ponad 1200 godzinach obserwacji za pomocą Teleskopu Subaru, Teleskopu VISTA, Brytyjskiego Teleskopu Podczerwieni i Kosmicznego Teleskopu Spitzera.
„Znalezienie HD1 z ponad 700 000 obiektów było bardzo ciężką pracą” – mówi Yuichi Harikane, astronom z Uniwersytetu Tokijskiego, który odkrył galaktykę. „Czerwony kolor HD1 zaskakująco dobrze pasował do oczekiwanej charakterystyki galaktyki oddalonej o 13,5 miliarda lat świetlnych, co przyprawiało mnie o gęsią skórkę, gdy ją znalazłem”.
Zespół przeprowadził następnie obserwacje za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), aby potwierdzić odległość, która jest o 100 milionów lat świetlnych dalej niż GN-z11, obecny rekordzista dla najdalszej galaktyki.
Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, zespół badawczy wkrótce ponownie zaobserwuje HD1, aby zweryfikować jego odległość od Ziemi. Jeśli obecne obliczenia okażą się poprawne, HD1 będzie najdalszą – i najstarszą – galaktyką, jaką kiedykolwiek zarejestrowano.
Te same obserwacje pozwolą zespołowi głębiej zagłębić się w tożsamość HD1 i potwierdzić, czy jedna z ich teorii jest poprawna.
„Powstając kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, czarna dziura w HD1 musiała wyrosnąć z masywnego nasienia w niespotykanym dotąd tempie” – mówi Loeb. „Po raz kolejny natura wydaje się mieć większą wyobraźnię niż my”.