W miarę jak teleskopy stawały się coraz bardziej zaawansowane i potężne, astronomowie byli w stanie wykrywać coraz bardziej odległe galaktyki. Są to jedne z najwcześniejszych galaktyk, które powstały w naszym wszechświecie, które zaczęły się od nas oddalać, gdy wszechświat się rozszerzał. W rzeczywistości im większa odległość, tym szybciej galaktyka wydaje się oddalać od nas. Co ciekawe, możemy oszacować, jak szybko porusza się galaktyka, a co za tym idzie, kiedy powstała na podstawie tego, jak „przesunięta ku czerwieni” pojawia się jej emisja. Jest to podobne do zjawiska zwanego „efektem Dopplera”, w którym obiekty oddalające się od obserwatora emitują światło, które wydaje się być przesunięte w kierunku dłuższych fal (stąd termin „przesunięcie ku czerwieni”) do obserwatora.
Teleskop Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) znajdujący się na środku pustyni Atakama w Chile jest szczególnie dobrze przystosowany do obserwacji takich przesunięć ku czerwieni w emisji galaktyk. Niedawno zespół międzynarodowych badaczy, w tym profesor Akio Inoue i doktorant Tsuyoshi Tokuoka z Uniwersytetu Waseda w Japonii, dr Takuya Hashimoto z University of Tsukuba w Japonii, profesor Richard S. Ellis z University College London oraz dr Nicolas Laporte, pracownik naukowy z Uniwersytetu Cambridge w Wielkiej Brytanii zaobserwował przesunięte ku czerwieni emisje odległej galaktyki MACS1149-JD1 (dalej JD1), co doprowadziło ich do kilku interesujących wniosków. „Poza odkryciem wysokich przesunięć ku czerwieni, a mianowicie bardzo odległych galaktyk, badanie ich wewnętrznego ruchu gazu i gwiazd dostarcza motywacji do zrozumienia procesu formowania się galaktyk w najwcześniejszym możliwym wszechświecie” – wyjaśnia Ellis. Wyniki ich badań zostały opublikowane w The Astrophysical Journal Letters.
Formowanie się galaktyk zaczyna się od akumulacji gazu i postępuje wraz z powstawaniem gwiazd z tego gazu. Z czasem formowanie się gwiazd postępuje od środka na zewnątrz, rozwija się dysk galaktyczny, a galaktyka przybiera określony kształt. Wraz z postępem formowania się gwiazd nowsze gwiazdy tworzą się w wirującym dysku, podczas gdy starsze gwiazdy pozostają w centralnej części. Badając wiek obiektów gwiezdnych oraz ruch gwiazd i gazu w galaktyce, można określić etap ewolucji, do którego dotarła galaktyka.
Prowadząc serię obserwacji przez okres dwóch miesięcy, astronomowie z powodzeniem zmierzyli niewielkie różnice w „przesunięciu ku czerwieni” od pozycji do pozycji wewnątrz galaktyki i odkryli, że JD1 spełnia kryterium galaktyki zdominowanej przez obrót. Następnie wymodelowali galaktykę jako obracający się dysk i odkryli, że bardzo dobrze odwzorowuje obserwacje. Obliczona prędkość obrotowa wynosiła około 50 kilometrów na sekundę, co porównano z prędkością obrotową dysku Drogi Mlecznej wynoszącą 220 kilometrów na sekundę. Zespół zmierzył również średnicę JD1 w odległości zaledwie 3000 lat świetlnych, znacznie mniejszej niż Drogi Mlecznej o średnicy 100 000 lat świetlnych.
Znaczenie ich wyników polega na tym, że JD1 jest zdecydowanie najdalszym, a zatem najwcześniejszym odnalezionym źródłem, które posiada wirujący dysk gazu i gwiazd. Wraz z podobnymi pomiarami bliższych systemów w literaturze naukowej, umożliwiło to zespołowi nakreślenie stopniowego rozwoju wirujących galaktyk w ponad 95% naszej kosmicznej historii.
Co więcej, masa oszacowana na podstawie prędkości obrotowej galaktyki była zgodna z masą gwiazdową oszacowaną wcześniej na podstawie sygnatury widmowej galaktyki i pochodziła głównie z masy „dojrzałych” gwiazd, które powstały około 300 milionów lat temu. „To pokazuje, że gwiezdna populacja w JD1 uformowała się w jeszcze wcześniejszej epoce kosmicznej epoki”, mówi Hashimoto.
„Prędkość obrotowa JD1 jest znacznie mniejsza niż w galaktykach w późniejszych epokach i naszej Galaktyce i prawdopodobnie JD1 jest na początkowym etapie rozwoju ruchu obrotowego” – mówi Inoue. Dzięki niedawno wystrzelonemu Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba astronomowie planują teraz zidentyfikować lokalizacje młodych i starszych gwiazd w galaktyce, aby zweryfikować i zaktualizować swój scenariusz powstawania galaktyk.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Waseda. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.