Astronomowie wykorzystali JWST do obserwacji wzrostu galaktyki we Wszechświecie, zaledwie 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Źródło: NASA, ESA, CSA, Sandro Tacchella, William Baker, Ovee Tulaskar
Galaktyka ta, NGC 1549, jest sto razy mniejsza od Drogi Mlecznej, ale jest zaskakująco dojrzała jak na tak wczesny etap rozwoju Wszechświata. Podobnie jak duże miasto, galaktyka ta ma gęstą kolekcję gwiazd w swoim jądrze, ale staje się mniej gęsta na galaktycznych „przedmieściach”. Podobnie jak duże miasto, galaktyka ta zaczyna się rozrastać, a proces gwiazdotwórczy przyspiesza na jej obrzeżach.
Jest to najwcześniejsze w historii wykrycie wzrostu galaktyki od jej wnętrza na zewnątrz. Do czasu Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba nie było możliwe badanie wzrostu galaktyk na tak wczesnym etapie historii Wszechświata. Chociaż obrazy uzyskane za pomocą Webba stanowią migawkę w czasie, naukowcy kierowani przez Uniwersytet Cambridge twierdzą, że badanie podobnych galaktyk może pomóc nam zrozumieć, w jaki sposób przekształcają się one z obłoków gazu w złożone struktury, które obserwujemy dzisiaj. Wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Nature Astronomy.
Pytanie o to, jak galaktyki ewoluują w czasie kosmicznym, jest ważnym zagadnieniem w astrofizyce – powiedział współautor pracy, dr Sandro Tacchella z Laboratorium Cavendisha w Cambridge. Mamy wiele doskonałych danych z ostatnich dziesięciu milionów lat i dla galaktyk w naszym zakątku Wszechświata, ale teraz dzięki Webbowi możemy uzyskać dane obserwacyjne z miliardów lat wstecz, badając pierwsze miliardy lat kosmicznej historii, co stawia wiele nowych pytań.
Galaktyki, które obserwujemy dzisiaj, rosną za pomocą dwóch mechanizmów: albo przyciągają gaz, tworząc nowe gwiazdy, albo rosną poprzez łączenie się z mniejszymi galaktykami. To, czy we wczesnym Wszechświecie działały inne mechanizmy, jest otwartym pytaniem, na które astronomowie mają nadzieję odpowiedzieć przy pomocy Webba.
Oczekuje się, że galaktyki będą początkowo małe, ponieważ obłoki gazu zapadają się pod wpływem własnej grawitacji, tworząc bardzo gęste jądra gwiazd i prawdopodobnie czarne dziury – powiedział Tacchella. W miarę jak galaktyka się rozrasta, a formowanie się gwiazd wzrasta, przypomina to trochę łyżwiarza figurowego: gdy łyżwiarz przyciąga swoje ramiona, nabiera pędu i wiruje coraz szybciej. Galaktyki są nieco podobne, z gazem gromadzącym się później z coraz większych odległości, rozpędzającym galaktykę, dlatego często tworzą one spiralne lub dyskowe kształty.
Galaktyka ta, obserwowana w ramach współpracy JADES (JWST Advanced Extragalactic Survey), https://jades-survey.github.io aktywnie formuje gwiazdy we wczesnym Wszechświecie. Ma bardzo gęste jądro, które pomimo stosunkowo młodego wieku ma gęstość podobną do dzisiejszych masywnych galaktyk eliptycznych, które mają 1000 razy więcej gwiazd. Większość procesów gwiazdotwórczych zachodzi dalej od jądra, a jeszcze dalej znajduje się „kępa” gwiazdotwórcza.
Aktywność gwiazdotwórcza silnie wzrasta w kierunku obrzeży, ponieważ formowanie się gwiazd rozprzestrzenia się, a galaktyka rośnie. Ten rodzaj wzrostu został przewidziany w modelach teoretycznych, ale dzięki Webbowi można go teraz zaobserwować.
Jednym z wielu powodów, dla których Webb jest tak przełomowy dla nas jako astronomów, jest to, że możemy teraz obserwować to, co wcześniej przewidywano za pomocą modelowania – powiedział współautor William Baker, doktorant w Cavendish. To jak możliwość sprawdzenia pracy domowej.
Korzystając z Webba, naukowcy wyodrębnili informacje ze światła emitowanego przez galaktykę na różnych długościach fal, które następnie wykorzystali do oszacowania liczby młodszych gwiazd w porównaniu ze starszymi gwiazdami, co zostało przekształcone w oszacowanie masy gwiazdowej i tempa formowania się gwiazd.
Ponieważ galaktyka jest tak zwarta, poszczególne jej obrazy zostały „modelowane do przodu”, aby uwzględnić efekty instrumentalne. Korzystając z modelowania populacji gwiazd, które obejmuje zalecenia dotyczące emisji gazu i absorpcji pyłu, naukowcy odkryli starsze gwiazdy w jądrze, podczas gdy otaczający je dysk jest w trakcie bardzo aktywnego procesu gwiazdotwórczego. Galaktyka ta podwaja swoją masę gwiazdową na obrzeżach mniej więcej co 10 milionów lat, co jest bardzo szybkim tempem: Galaktyka Drogi Mlecznej podwaja swoją masę tylko co 10 miliardów lat.
Gęstość jądra galaktyki, a także wysoki wskaźnik procesów gwiazdotwórczych sugerują, że ta młoda galaktyka jest bogata w gaz potrzebny do tworzenia nowych gwiazd, co może odzwierciedlać różne warunki panujące we wczesnym Wszechświecie.
Oczywiście jest to tylko jedna galaktyka, więc musimy wiedzieć, co robiły inne galaktyki w tym czasie – powiedział Tacchella. Czy wszystkie galaktyki były takie jak ta? Obecnie analizujemy podobne dane z innych galaktyk. Przyglądając się różnym galaktykom w czasie kosmicznym, możemy być w stanie zrekonstruować cykl wzrostu i zademonstrować, w jaki sposób galaktyki rosną do ich ostatecznych rozmiarów obserwowanych dzisiaj.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
University of Cambridge
