Astronomowie z University of Arizona dowiedzieli się więcej o zaskakująco dojrzałej galaktyce, która istniała, gdy wszechświat miał zaledwie 300 milionów lat – zaledwie 2% jego obecnego wieku.
Naukowcy zaobserwowane przez Jamesa Webb Space Telescope z NASA James Webba-wyznaczona Jades-GS-Z14-0-jest nieoczekiwanie jasna i chemicznie złożona dla obiektu z tej pierwotnej epoki. Daje to rzadkie spojrzenie na najwcześniejszy rozdział wszechświata.
Odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy, opierają się na poprzednim odkryciu naukowców, zgłoszonych w 2024 r., Jades-GS-Z14-0 jako najbardziej odległej galaktyki, jakie kiedykolwiek zaobserwowano. Podczas gdy początkowe odkrycie ustanowiło rekordową odległość galaktyki i nieoczekiwaną jasność, nowe badania zagłębiają się w skład chemiczny i stan ewolucyjny.
Prace wykonano w ramach JWST Advanced Deep Extragalaktyczne badanie lub Jades, główny program teleskopu kosmicznego Jamesa Webba zaprojektowanego do badania odległych galaktyk.
Kevin Hainline, współautor nowego badania i profesor badań stowarzyszonych w obserwatorium Steward, nie natknęło się na coś nieoczekiwanego. Ankieta została celowo zaprojektowana w celu znalezienia odległych galaktyk, ale ta pobiła rekordy zespołu w sposób, w jaki się nie spodziewali – była z natury jasna i miała złożoną kompozycję chemiczną, która była całkowicie nieoczekiwana na początku historii wszechświata.
„To nie tylko mały, mały samorodek. Jest jasny i dość rozszerzony na wiek wszechświata, kiedy go obserwowaliśmy” – powiedział Hainline.
„Fakt, że znaleźliśmy tę galaktykę w niewielkim regionie nieba, oznacza, że powinno być ich więcej” – powiedział główny autor badania Jakub Helton, absolwent badacza Steward Observatory. „Gdybyśmy spojrzeli na całe niebo, czego nie możemy zrobić z JWST, w końcu znaleźlibyśmy więcej tych ekstremalnych obiektów”.
Zespół badawczy wykorzystał wiele instrumentów na pokładzie JWST, w tym kamerę bliskiej podczerwieni lub Nircam, którego konstrukcję prowadził U Regentów profesora astronomii Marcia Rieke. Kolejny instrument na teleskopie-instrument w środkowej podczerwieni lub Miri ujawnił coś niezwykłego: znaczące ilości tlenu.
W astronomii wszystko, co cięższe niż hel jest uważane za „metal”, powiedział Helton. Takie metale wymagają produkcji pokoleń gwiazd. Wczesny wszechświat zawierał tylko wodór, hel i śladowe ilości litu. Ale odkrycie znacznego tlenu w galaktyce Jades-GS-Z14-0 sugeruje, że galaktyka tworzy gwiazdy przez potencjalnie 100 milionów lat, zanim została zaobserwowana.
Aby stworzyć tlen, galaktyka musiała zacząć bardzo wcześnie, ponieważ musiałaby tworzyć pokolenie gwiazd, powiedział George Rieke, profesor astronomii Regents i starszy autor badania. Te gwiazdy musiały ewoluować i eksplodować jako supernowe, aby uwolnić tlen w przestrzeń międzygwiezdną, z której powstałyby i ewoluowały nowe gwiazdy.
„To bardzo skomplikowany cykl, aby uzyskać tyle tlenu, co ta galaktyka. Więc jest naprawdę oszałamiająca” – powiedział Rieke.
Odkrycie sugeruje, że formacja gwiazd rozpoczęła się nawet wcześniej niż wcześniej myśleli naukowcy, co odpycha oś czasu, gdy pierwsze galaktyki mogły powstać po Wielkim Wybuchu.
Obserwacja wymagała około dziewięciu dni czasu teleskopu, w tym 167 godzin obrazowania NIRCM i 43 godzin obrazowania MIRI, skupionego na niezwykle małej części nieba.
U astronomów miało szczęście, że ta galaktyka siedziała w idealnym miejscu, aby obserwować z Miri. Helton powiedział, że gdyby wskazali teleskop tylko ułamek stopnia w dowolnym kierunku, przegapiliby uzyskanie tych kluczowych danych w środkowej podczerwieni.
„Wyobraź sobie ziarno piasku na końcu twojego ramienia. Widzisz, jak duży jest na niebie – tak duży patrzyliśmy” – powiedział Helton.
Istnienie tak rozwiniętej galaktyki tak wcześnie w historii kosmicznej służy jako potężny przypadek testowy dla teoretycznych modeli formacji galaktyki.
„Nasze zaangażowanie tutaj jest produktem U prowadzenia w astronomii podczerwieni od połowy lat 60., kiedy to się zaczęło. Mieliśmy pierwszą dużą grupę astronomii podczerwieni w Lunar and Planetary Lab, z Gerardem Kuiperem, Frankiem Low i Haroldem Johnsonem”-powiedział Rieke.
Gdy ludzie zyskują zdolność do bezpośredniego obserwowania i rozumienia galaktyk, które istniały podczas niemowlęctwa wszechświata, może to zapewnić kluczowe informacje na temat tego, jak wszechświat ewoluował z prostych elementów do złożonej chemii niezbędnej do życia, jaką znamy.
„Jesteśmy w niesamowitym czasie w historii astronomii” – powiedziała Hainline. „Jesteśmy w stanie zrozumieć galaktyki, które są znacznie wykraczające poza wszystko, co ludzie kiedykolwiek znaleźli, i widzieć je na wiele różnych sposobów i naprawdę je rozumieć. To naprawdę magia”.