Czerwone potwory wczesnego Wszechświata. Teleskop Webba zidentyfikował trzy galaktyki wielkości Drogi Mlecznej

Spis treści:

1. Widziane w podczerwieni
2. Galaktyki niemożliwe
3. Kosmiczny świt
4. Procesy wczesnego Wszechświata

We wczesnym Wszechświecie, na długo zanim zdążył rozszerzyć się do znanych nam dzisiaj rozmiarów, astronomowie znaleźli coś, co nazywają „czerwonymi potworami”. Mowa o trzech dużych galaktykach, z których każda jest niemal tak duża jak Droga Mleczna. Tylko jak odnaleźć coś, co pojawiło się 13 miliardów lat temu, zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu i już od bardzo dawna nie istnieje? Wystarczy odnaleźć i zarejestrować jego promieniowanie podczerwone.

Widziane w podczerwieni

Promieniowanie podczerwone pozwala na badanie galaktyk, które istniały w początkowych etapach Wszechświata. W wyniku jego rozszerzania się światło z odległych galaktyk jest przesunięte ku czerwieni (efekt Dopplera). Ich promieniowanie przesuwa się z zakresu światła widzialnego w stronę podczerwieni. Dzięki temu teleskopy badające kosmos właśnie w podczerwieni mogą wykrywać i badać galaktyki, które powstały zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu. Tak robi Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST).

Najnowsze odkrycie JWST, opisane na łamach prestiżowego czasopisma „Nature”, jest wyzwaniem. I to wyzwaniem z kilku powodów. Przede wszystkim dlatego, że jest sprzeczne z naszym rozumieniem formowania się galaktyk w okresie, gdy czas i przestrzeń dopiero zaistniały na kosmicznej skali.

Galaktyki niemożliwe

– Kwestia tzw. „niemożliwie” masywnych galaktyk istniejących krótko po Wielkim Wybuchu nurtuje astronomów od czasu pierwszych zdjęć z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba – mówi astronom Ivo Labbé z Uniwersytetu Technicznego Swinburne. – Nowe dane JWST udowadniają, że „potwornie masywne” galaktyki mogły pojawić się we wczesnym Wszechświecie.

Astronom przekonuje, że dzięki dokładnym obserwacjom i analizom mamy całkiem niezłe pojęcie o tym, jak rozwija się wiele procesów kosmicznych. Ale jeden kluczowy okres wciąż nam umyka. Mowa o tzw. kosmicznym świcie, czyli pierwszym miliardzie lat po Wielkim Wybuchu.

Zgodnie ze znanymi modelami galaktyki potrzebują czasu, aby się utworzyć i rozwinąć. Nie jesteśmy do końca pewni szczegółów. Najpopularniejszy model obejmuje jednak plamy ciemnej materii. Te powstają prawdopodobnie poprzez grawitacyjne nagromadzenie materii barionowej. Materia barionowa to ta, która stanowi większość materii, jaką znamy z codziennego życia. Stanowią ją nasze ciała, planety, gwiazdy, galaktyki itd. To około 5% całkowitej masy Wszechświata. Jest to materia, którą możemy bezpośrednio zaobserwować i zbadać. Same bariony to cząstki składające się z trzech kwarków.

Najczęściej spotykanymi barionami w materii barionowej są protony i neutrony, które łączą się, tworząc jądra atomowe. W miarę gromadzenia się coraz większej ilości materii barionowej zaczyna się ona łączyć w gwiazdy, wirujące wokół gigantycznej czarnej dziury w centrum galaktyki.

Kosmiczny świt

Chociaż galaktyki pojawiają się dość szybko po Wielkim Wybuchu, tempo ich wzrostu było uważane za zbyt wolne, aby masywne galaktyki mogły powstać podczas kosmicznego świtu. Dlatego gdy JWST zwrócił swoje oko w kierunku wczesnego Wszechświata i zaczął dostrzegać tam oznaki galaktyk większych niż oczekiwano, kosmolodzy byli zakłopotani.

Jedno z potencjalnych wyjaśnień zaproponowanych na początku tego roku jest proste: te zbyt duże galaktyki nie są wcale tak ogromne, na jakie wyglądają. Światło emitowane przez materiał wokół ich centralnych czarnych dziur jest po prostu bardzo jasne. Z tego powodu wydają się większe, niż są w rzeczywistości. Niedawne odkrycie ujawniło, że czarne dziury mogą przez krótkie okresy rozświetlać swoje galaktyki do bardzo wysokiej jasności.

Czasami może to być prawdą. Jednak nowe badania Mengyuana Xiao z Uniwersytetu Genewskiego w Szwajcarii pokazują, że – przynajmniej w niektórych przypadkach – gdy obiekt wygląda na masywną galaktykę, faktycznie taką jest.

Procesy wczesnego Wszechświata

Każdy z opisywanych „czerwonych potworów” był prawie wielkości Drogi Mlecznej. Żaden z nich nie zaprzecza obecnemu modelowi kosmologicznemu ani wiodącej teorii ciemnej materii. Obserwacje sugerują jednak, że galaktyki te przekształcają materię barionową w gwiazdy w tempie dwa do trzech razy szybszym niż najbardziej wydajne galaktyki gwiazdotwórcze w późniejszych epokach Wszechświata.

Galaktyki te stanowią jednak wyzwanie dla naszego rozumienia tempa formowania się gwiazd. Jeśli galaktyka jest bardzo aktywna, powinna zawierać wysoki współczynnik sprzężenia zwrotnego. Czyli sił, które odpychają materiał gwiazdotwórczy, ograniczając tempo formowania się nowych gwiazd. Nic więc dziwnego, że wydaje się, iż jest tu coś, czego nie wiemy.

– Obecne modele nie wyjaśniają, dlaczego formowanie się gwiazd jest tak bardzo wydajne na bardzo wczesnym etapie istnienia Wszechświata – mówi Labbé. – Zwykle zakłada się, że eksplodujące gwiazdy i supermasywne czarne dziury kończą formowanie się gwiazd. Bez wątpienia przyszłe obserwacje Webba dostarczą nam wskazówek na temat tego, czego nam brakuje – dodaje badacz.

Źródło: ScienceAlert.

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.