Astronomowie znaleźli tlen w najbardziej oddalonej galaktyce

W starożytnej galaktyce JADES-GS-z14-0 odkrytej w ubiegłym roku przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba astronomowie znaleźli tlen. To najdalsza ze znanych nam galaktyk i istniała już 300 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Odkrycie to skłania astronomów do ponownego przemyślenia, jak szybko ewoluowały gwiazdy i galaktyki we wczesnym Wszechświecie.

Dwa niezależne zespoły astronomów przy pomocy teleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) na pustyni Atakama w Chile wykryły tlen w najodleglejszej znanej nam galaktyce, czyli w JADES-GS-z14-0. Odkrycie to sugeruje, że galaktyka ta wyewoluowała znacznie szybciej, niż przewidują obecne modele. JADES-GS-z14-0 znajduje się 13,4 miliarda lat świetlnych od nas i została po praz pierwszy zaobserwowana w zeszłym roku za pomocą JWST. Naukowcy podglądnęli ją w momencie, gdy Wszechświat miał zaledwie 300 milionów lat.

Badania zostały szczegółowo opisane w dwóch artykułach przyjętych do publikacji w „The Astrophysical Journal” i „Astronomy & Astrophysics„.

JADES-GS-z14-0

JADES-GS-z14-0 została odkryta w 2024 roku i jest najdalszą potwierdzoną galaktyką, jaką kiedykolwiek zaobserwowano. Jej światło przebyło 13,4 miliarda lat, aby do nas dotrzeć, co oznacza, że ​​widzimy ją taką, jaka była, gdy Wszechświat miał mniej więcej 300 milionów lat, zaledwie około 2 proc. swojego obecnego wieku. Niedawne obserwacje wykonane przy pomocy obserwatorium ALMA wykazały, że w JADES-GS-z14-0 jest tlen, co sugeruje, że galaktyka ta jest znacznie bardziej dojrzała chemicznie, niż przewidują obecne modele.

Już samo istnienie JADES-GS-z14-0 jest problematyczne dla modeli kosmologicznych. Uważa się, że galaktyki potrzebują sporo czasu, aby urosnąć. Aby galaktyka mogła być wykryta przez nasze teleskopy z odległości ponad 13,4 miliarda lat świetlnych, musiała być duża i jasna – zbyt duża i jasna, aby można to było łatwo wyjaśnić.

– To jak znalezienie nastolatka tam, gdzie spodziewałbyś się tylko niemowląt – powiedział Sander Schouws z Obserwatorium w Lejdzie w Holandii, pierwszy autor badania, które zostało przyjęte do publikacji w „The Astrophysical Journal”. – Wyniki pokazują, że galaktyka uformowała się bardzo szybko i również szybko dojrzewa. To kolejny w rosnącej liczbie dowodów na to, że formowanie się galaktyk następuje znacznie szybciej, niż oczekiwano – dodał.

Tlen w najodleglejszej galaktyce

Uważa się, że nawet do 100 milionów lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat był zdominowany przez wodór, hel i lit. Wszystkie inne cięższe pierwiastki powstały w „piecach” gwiazd i zostały rozproszone po galaktyce po wybuchowej śmierci gwiazdy. Zgodnie z tym założeniem gwiazda musiała przeżyć całe swoje życie i dokonać żywota w supernowej, aby cięższe pierwiastki rozproszyły się w kosmosie. Badacze uważają, że czas życia najmasywniejszych gwiazd może wynosić mniej niż 10 milionów lat.

Astronomowie nie są pewni, kiedy pierwsze grupy gwiazd zaczęły się łączyć w galaktyki, które widzimy dzisiaj. Wcześniej szacowali, że proces ten rozpoczął się w ciągu pierwszych kilkuset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Wykrycie JADES-GS-z14-0 i innych podobnych galaktyk zmienia to założenie.

Naukowcy do tej pory sądzili, że w wieku 300 milionów lat, Wszechświat był wciąż zbyt młody, aby galaktyki były pełne ciężkich pierwiastków. Jednak dwa ostatnie badania pokazują, że JADES-GS-z14-0 ma około 10 razy więcej ciężkich pierwiastków, niż oczekiwano.

Ewolucja galaktyk

– Byłem zdumiony nieoczekiwanymi wynikami, ponieważ otworzyły one nowy pogląd na pierwsze fazy ewolucji galaktyk – powiedział Stefano Carniani ze Scuola Normale Superiore w Pizie we Włoszech, główny autor artykułu, który został przyjęty do publikacji w „Astronomy & Astrophysics”. – Dowody na to, że galaktyka jest już dojrzała w niemowlęcym Wszechświecie, rodzą pytania o to, kiedy tak naprawdę i jak galaktyki powstały – zaznaczył.

Wykorzystanie do badań ALMA pozwoliło również na znacznie dokładniejsze pomiary odległości do JADES-GS-z14-0. – Badanie oferuje niezwykle precyzyjny pomiar odległości galaktyki z niepewnością wynoszącą zaledwie 0,005 proc. Ten poziom precyzji — analogiczny do dokładności w zakresie 5 cm na odległość 1 km — pomaga nam udoskonalić nasze zrozumienie właściwości odległych galaktyk – przyznała Eleonora Parlanti z Scuola Normale Superiore w Pizie, współautorka badania w „Astronomy & Astrophysics”.

– Byłem naprawdę zaskoczony wyraźnym wykryciem tlenu w JADES-GS-z14-0. Sugeruje to, że galaktyki tuż po Wielkim Wybuchu mogły powstawać szybciej, niż wcześniej sądzono. Ten wynik pokazuje ważną rolę, jaką ALMA odgrywa w odkrywaniu warunków, w jakich powstały pierwsze galaktyki w naszym Wszechświecie – przyznał Gergö Popping z ESO, który nie brał udziału w badaniach.

Źródło: ESO, Science Alert, fot. ESO/M. Kornmesser. Na zdjęciu wizja artystyczna JADES-GS-z14-0.