Astronomowie zaobserwowali galaktykę, która nagle przestała tworzyć nowe gwiazdy ponad 13 miliardów lat temu.
Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, międzynarodowy zespół astronomów pod kierownictwem Uniwersytetu w Cambridge zauważył „martwą” galaktykę w wieku zaledwie 700 milionów lat i była to najstarsza tego typu galaktyka, jaką kiedykolwiek zaobserwowano.
Wydaje się, że ta galaktyka żyła szybko i umarła młodo: powstawanie gwiazd następowało szybko i prawie równie szybko się zatrzymywało, co jest nieoczekiwane na tak wczesnym etapie ewolucji Wszechświata. Nie jest jednak jasne, czy stan „wygaszenia” tej galaktyki jest tymczasowy czy trwały i co spowodowało, że przestała ona tworzyć nowe gwiazdy.
Wyniki opublikowane w czasopiśmie Nature mogą być ważne, aby pomóc astronomom zrozumieć, w jaki sposób i dlaczego galaktyki przestają tworzyć nowe gwiazdy oraz czy czynniki wpływające na powstawanie gwiazd zmieniły się na przestrzeni miliardów lat.
„Pierwsze kilkaset milionów lat istnienia Wszechświata było bardzo aktywną fazą, podczas której wiele obłoków gazu zapadało się, tworząc nowe gwiazdy” – powiedział Tobias Looser z Instytutu Kosmologii Kavli, pierwszy autor artykułu. „Galaktyki potrzebują bogatych zapasów gazu, aby tworzyć nowe gwiazdy, a wczesny Wszechświat przypominał bufet, w którym można zjeść wszystko”.
„Dopiero później we wszechświecie zaczynamy widzieć, jak galaktyki przestają tworzyć gwiazdy, czy to z powodu czarnej dziury, czy czegoś innego” – powiedział współautor dr Francesco D'Eugenio, również z Instytutu Kosmologii Kavli.
Astronomowie uważają, że powstawanie gwiazd może zostać spowolnione lub zatrzymane przez różne czynniki, a wszystkie one pozbawią galaktykę gazu potrzebnego do formowania nowych gwiazd. Czynniki wewnętrzne, takie jak supermasywna czarna dziura lub sprzężenie zwrotne powstające w procesie powstawania gwiazd, mogą wypychać gaz z galaktyki, powodując gwałtowne zatrzymanie powstawania gwiazd. Alternatywnie, gaz może zostać bardzo szybko zużyty w procesie formowania się gwiazd, bez konieczności jego szybkiego uzupełniania świeżym gazem z otoczenia galaktyki, co prowadzi do głodu w galaktyce.
„Nie jesteśmy pewni, czy którykolwiek z tych scenariuszy może wyjaśnić to, co zaobserwowaliśmy w przypadku Webba” – powiedział współautor, profesor Roberto Maiolino. „Do tej pory, aby zrozumieć wczesny Wszechświat, korzystaliśmy z modeli opartych na współczesnym wszechświecie. Jednak teraz, gdy możemy spojrzeć znacznie dalej w przeszłość i zaobserwować, że powstawanie gwiazd w tej galaktyce wygasło tak szybko, modele oparte być może trzeba będzie ponownie przyjrzeć się współczesnemu wszechświatowi.”
Wykorzystując dane z JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) astronomowie ustalili, że w tej galaktyce nastąpił krótki i intensywny okres powstawania gwiazd trwający od 30 do 90 milionów lat. Jednak pomiędzy 10 a 20 milionami lat przed momentem, w którym zaobserwowano to za pomocą Webba, powstawanie gwiazd nagle ustało.
„Wydaje się, że we wczesnym Wszechświecie wszystko dzieje się szybciej i bardziej dramatycznie, co może obejmować galaktyki przechodzące z fazy gwiazdotwórczej do fazy uśpienia lub wygaszenia” – powiedział Looser.
Astronomowie obserwowali już wcześniej martwe galaktyki we wczesnym Wszechświecie, ale ta jest najstarszą jak dotąd – zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu, czyli ponad 13 miliardów lat temu. Ta obserwacja jest jedną z najgłębszych, jakie kiedykolwiek poczyniono za pomocą Webba.
Oprócz najstarszej, galaktyka ta ma również stosunkowo niską masę – mniej więcej taką samą jak Mały Obłok Magellana (SMC), galaktyka karłowata w pobliżu Drogi Mlecznej, chociaż SMC wciąż tworzy nowe gwiazdy. Inne wygaszone galaktyki we wczesnym Wszechświecie były znacznie masywniejsze, ale poprawiona czułość Webba pozwala na obserwację i analizę mniejszych i słabszych galaktyk.
Astronomowie twierdzą, że chociaż w momencie obserwacji wydaje się martwa, możliwe jest, że w ciągu około 13 miliardów lat od tego czasu galaktyka mogła ożyć i ponownie zacząć tworzyć nowe gwiazdy.
„Szukamy innych galaktyk takich jak ta we wczesnym Wszechświecie, co pomoże nam nałożyć pewne ograniczenia na to, jak i dlaczego galaktyki przestają tworzyć nowe gwiazdy” – powiedział D'Eugenio. „Może być tak, że galaktyki we wczesnym Wszechświecie „umierają”, a następnie powracają do życia – będziemy potrzebować więcej obserwacji, aby to ustalić”.
Badania były częściowo wspierane przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych, Towarzystwo Królewskie oraz Radę ds. Obiektów Naukowych i Technologicznych (STFC), będącą częścią brytyjskiej organizacji ds. badań i innowacji (UKRI).