Nowy obraz gromady galaktyk znanej jako „El Gordo” ujawnia odległe i pyłowe obiekty, których nigdy wcześniej nie widziano, i zapewnia obfitość świeżej wiedzy naukowej. Obraz w podczerwieni, wykonany przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, pokazuje różnorodne niezwykłe, zniekształcone galaktyki tła, które były jedynie sugestią na poprzednich zdjęciach z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a.
El Gordo to gromada setek galaktyk, które istniały, gdy Wszechświat miał 6,2 miliarda lat, co czyni go „kosmicznym nastolatkiem”. Jest to najbardziej masywna gromada, o której wiadomo, że istniała w tamtym czasie. („El Gordo” to po hiszpańsku „Gruby”).
Zespół wybrał El Gordo, ponieważ działa jak naturalne, kosmiczne szkło powiększające dzięki zjawisku znanemu jako soczewkowanie grawitacyjne. Jego potężna grawitacja zakrzywia i zniekształca światło obiektów leżących za nim, podobnie jak soczewka okularowa.
„Soczewkowanie wykonane przez El Gordo zwiększa jasność i powiększa rozmiary odległych galaktyk. Ten efekt soczewkowania zapewnia wyjątkowe okno na odległy wszechświat” – powiedziała Brenda Frye z University of Arizona. Frye jest współprzewodniczącym oddziału PEARLS-Clusters zespołu Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS) i głównym autorem jednego z czterech artykułów analizujących obserwacje El Gordo.
Haczyk wędkarski
Na obrazie El Gordo jedną z najbardziej uderzających cech jest jasny łuk przedstawiony na czerwono w prawym górnym rogu. Nazywany „El Anzuelo” (haczyk wędkarski) przez jednego z uczniów Frye’a, światło z tej galaktyki potrzebowało 10,6 miliarda lat, aby dotrzeć do Ziemi. Jej charakterystyczny czerwony kolor jest wynikiem połączenia zaczerwienienia od pyłu w samej galaktyce i kosmologicznego przesunięcia ku czerwieni spowodowanego ekstremalną odległością.
Korygując zniekształcenia spowodowane soczewkowaniem, zespół był w stanie ustalić, że galaktyka tła ma kształt dysku, ale ma jedynie 26 000 lat świetlnych średnicy – około jednej czwartej rozmiaru Drogi Mlecznej. Byli również w stanie zbadać historię formowania się gwiazd w galaktyce, odkrywając, że formowanie się gwiazd już gwałtownie spadało w centrum galaktyki, proces znany jako wygaszanie.
„Byliśmy w stanie dokładnie przeanalizować całun pyłu, który otacza centrum galaktyki, w którym aktywnie formują się gwiazdy” – powiedział Patrick Kamieneski z Arizona State University, główny autor drugiego artykułu. „Teraz, dzięki Webbowi, możemy z łatwością zajrzeć przez tę grubą kurtynę pyłu, co pozwala nam zobaczyć z pierwszej ręki gromadę galaktyk od środka”.
Chudy
Inną charakterystyczną cechą obrazu Webba jest długa, cienka linia na lewo od środka. Znana jako „La Flaca” (cienka), jest kolejną galaktyką tła z soczewkami, której światło również potrzebowało prawie 11 miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi.
Niedaleko La Flaca znajduje się kolejna soczewkowana galaktyka. Kiedy naukowcy dokładnie zbadali tę galaktykę, znaleźli pojedynczego czerwonego olbrzyma, którego nazwali Quyllur, co jest terminem Quechua oznaczającym gwiazdę.
Wcześniej Hubble znalazł inne gwiazdy z soczewkami (takie jak Earendel), ale wszystkie były niebieskimi nadolbrzymami. Quyllur jest pierwszym pojedynczym czerwonym olbrzymem zaobserwowanym w odległości ponad 1 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Takie gwiazdy z dużym przesunięciem ku czerwieni są wykrywalne tylko przy użyciu filtrów podczerwieni i czułości Webba.
„Prawie niemożliwe jest zobaczenie czerwonych olbrzymów w soczewkach, chyba że wejdziesz w podczerwień. To pierwszy, który znaleźliśmy za pomocą Webba, ale spodziewamy się, że będzie ich znacznie więcej” – powiedział Jose Diego z Instituto de Física de Cantabria w Hiszpanii, główny autor trzeciego artykułu na temat El Gordo.
Grupa galaktyk i smugi
Inne obiekty na obrazie Webba, choć mniej widoczne, są równie interesujące z naukowego punktu widzenia. Na przykład Frye i jej zespół (w skład którego wchodzi dziewięciu uczniów szkół średnich i doktorantów) zidentyfikowali pięć galaktyk z wieloma soczewkami, które wydają się być małą gromadą galaktyk utworzoną około 12,1 miliarda lat temu. Istnieje jeszcze kilkanaście kandydujących galaktyk, które również mogą należeć do tej odległej gromady.
„Chociaż potrzebne są dodatkowe dane, aby potwierdzić, że w tej gromadzie jest 17 członków, możemy być świadkami formowania się nowej gromady galaktyk na naszych oczach, nieco ponad miliard lat po Wielkim Wybuchu” – powiedział Frye.
Końcowy artykuł dotyczy bardzo słabych, przypominających smugi galaktyk, znanych jako galaktyki ultradyfuzyjne. Jak sugeruje ich nazwa, te obiekty, które są rozproszone w gromadzie El Gordo, mają swoje gwiazdy szeroko rozrzucone w przestrzeni. Zespół zidentyfikował jedne z najbardziej odległych ultra-rozproszonych galaktyk, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, których światło podróżowało 7,2 miliarda lat, aby do nas dotrzeć.
„Zbadaliśmy, czy właściwości tych galaktyk różnią się od właściwości ultra-rozproszonych galaktyk, które widzimy we wszechświecie lokalnym, i faktycznie dostrzegamy pewne różnice. W szczególności są one bardziej niebieskie, młodsze, bardziej rozległe i bardziej równomiernie rozmieszczone w całym wszechświecie” Sugeruje to, że życie w środowisku gromady przez ostatnie 6 miliardów lat miało znaczący wpływ na te galaktyki” wyjaśnia Timothy Carleton z Arizona State University, główny autor czwartej pracy.
„Soczewkowanie grawitacyjne zostało przewidziane przez Alberta Einsteina ponad 100 lat temu. W gromadzie El Gordo widzimy moc soczewkowania grawitacyjnego w działaniu” podsumował Rogier Windhorst z Arizona State University, główny badacz programu PEARLS. „Zdjęcia El Gordo z PEARLS są nie z tego świata piękne. I pokazały nam, jak Webb może odblokować skrzynię skarbów Einsteina”.
Artykuł Frye’a i in. został opublikowany w czasopiśmie Astrophysical Journal. Artykuł Kamieneskiego i in. został przyjęty do publikacji w Astrophysical Journal. Artykuł Diego i in. został opublikowany w Astronomy & Astrophysics. Artykuł Carleton et al. został przyjęty do publikacji w Astrophysical Journal.