Kilka dni po oficjalnym rozpoczęciu działalności naukowej, należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba przeniósł astronomów w sferę wczesnych galaktyk, wcześniej ukrytych przed wszystkimi innymi teleskopami aż do teraz.
„Wszystko, co widzimy, jest nowe. Webb pokazuje nam, że istnieje bardzo bogaty wszechświat wykraczający poza to, co sobie wyobrażaliśmy” – powiedział Tommaso Treu z University of California w Los Angeles, główny badacz jednego z programów Webba. „Po raz kolejny wszechświat nas zaskoczył. Te wczesne galaktyki są bardzo niezwykłe pod wieloma względami”.
Dwa artykuły naukowe, kierowane przez Marco Castellano z Narodowego Instytutu Astrofizyki w Rzymie we Włoszech i Rohana Naidu z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Massachusetts Institute of Technology w Cambridge, Massachusetts, zostały opublikowane w Astrophysical Journal Letters.
Te wstępne wyniki pochodzą z szerszej inicjatywy badawczej Webb, obejmującej dwa programy Early Release Science (ERS): Grism Lens-Amplified Survey from Space (GLASS) oraz Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS).
W ciągu zaledwie czterech dni analizy naukowcy odkryli dwie wyjątkowo jasne galaktyki na zdjęciach GLASS-JWST. Galaktyki te istniały około 450 i 350 milionów lat po Wielkim Wybuchu (z przesunięciem ku czerwieni odpowiednio około 10,5 i 12,5), chociaż przyszłe pomiary spektroskopowe za pomocą Webba pomogą to potwierdzić.
„Dzięki Webb byliśmy zdumieni, gdy znaleźliśmy najodleglejsze światło gwiazd, jakie ktokolwiek kiedykolwiek widział, zaledwie kilka dni po tym, jak Webb opublikował swoje pierwsze dane” – powiedział Naidu o bardziej odległej galaktyce GLASS, określanej jako GLASS-z12, która, jak się uważa, do tej pory 350 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Poprzednim rekordzistą była galaktyka GN-z11, która istniała 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu (przesunięcie ku czerwieni 11,1) i została zidentyfikowana w 2016 roku przez Obserwatorium Hubble’a i Kecka w programach głębokiego nieba.
„Opierając się na wszystkich przewidywaniach, pomyśleliśmy, że musimy przeszukać znacznie większy obszar przestrzeni, aby znaleźć takie galaktyki” – powiedział Castellano.
„Te obserwacje po prostu sprawiają, że głowa eksploduje. To zupełnie nowy rozdział w astronomii. To jak wykopaliska archeologiczne i nagle znajdujesz zaginione miasto lub coś, o czym nie wiedziałeś. To po prostu oszałamiające” – dodała Paola Santini, czwarta autor Castellano i in. Papier GLASS-JWST.
„Podczas gdy odległości tych wczesnych źródeł nadal wymagają potwierdzenia za pomocą spektroskopii, ich ekstremalne jasności są prawdziwą zagadką, kwestionującą nasze rozumienie formowania się galaktyk” – zauważył Pascal Oesch z Uniwersytetu Genewskiego w Szwajcarii, drugi autor Naidu i in. . papier.
Obserwacje Webba skłoniły astronomów do konsensusu, że niezwykła liczba galaktyk we wczesnym Wszechświecie była znacznie jaśniejsza niż oczekiwano. Ułatwi to Webbowi znalezienie jeszcze większej liczby wczesnych galaktyk w kolejnych przeglądach głębokiego nieba, twierdzą naukowcy.
„Udało nam się coś niewiarygodnie fascynującego. Te galaktyki musiały zacząć się łączyć może zaledwie 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Nikt nie spodziewał się, że średniowiecze skończy się tak wcześnie” – powiedział Garth Illingworth z University of University. of California w Santa Cruz, członek zespołu Naidu/Oesch. „Pierwotny wszechświat miałby zaledwie jedną setną swojego obecnego wieku. To ułamek czasu w ewoluującym kosmosie, który ma 13,8 miliarda lat”.
Erica Nelson z University of Colorado, członkini zespołu Naidu/Oesch, zauważyła, że „nasz zespół był pod wrażeniem możliwości zmierzenia kształtów tych pierwszych galaktyk; ich spokojne, uporządkowane dyski kwestionują nasze zrozumienie, w jaki sposób powstały pierwsze galaktyki w zatłoczonym, chaotycznym wczesnym wszechświecie”. To niezwykłe odkrycie dysków kompaktowych w tak wczesnych czasach było możliwe tylko dzięki znacznie ostrzejszym obrazom Webba w świetle podczerwonym w porównaniu z Hubble’em.
„Te galaktyki bardzo różnią się od Drogi Mlecznej lub innych dużych galaktyk, które widzimy dzisiaj wokół nas” – powiedział Treu.
Illingworth podkreślił, że dwie jasne galaktyki znalezione przez te zespoły mają dużo światła. Powiedział, że jedną z opcji jest to, że mogły być bardzo masywne, z wieloma gwiazdami o małej masie, takimi jak późniejsze galaktyki. Alternatywnie, mogą być znacznie mniej masywne i składać się ze znacznie mniejszej liczby niezwykle jasnych gwiazd, znanych jako gwiazdy populacji III. Od dawna teoretyzowano, że byłyby pierwszymi gwiazdami, jakie kiedykolwiek się narodziły, płonącymi w zawrotnych temperaturach i składającymi się wyłącznie z pierwotnego wodoru i helu – zanim gwiazdy mogłyby później ugotować cięższe pierwiastki w swoich piecach do syntezy jądrowej. We wszechświecie lokalnym nie widać tak ekstremalnie gorących, pierwotnych gwiazd.
„Rzeczywiście, najdalsze źródło jest bardzo zwarte, a jego kolory wydają się wskazywać, że jego gwiezdna populacja jest szczególnie pozbawiona ciężkich pierwiastków i może nawet zawierać gwiazdy z III populacji. Tylko widmo Webba powie” – powiedział Adriano Fontana, drugi autor Castellano i in. referat i członek zespołu GLASS-JWST.
Obecne oszacowania odległości Webba do tych dwóch galaktyk opierają się na pomiarach ich kolorów w podczerwieni. Ostatecznie dalsze pomiary spektroskopowe pokazujące, jak światło zostało rozciągnięte w rozszerzającym się wszechświecie, zapewnią niezależną weryfikację tych kosmicznych pomiarów miarowych.