Teleskop Webba zarejestrował ślady czterech najstarszych galaktyk. Powstały 350 mln lat po Wielkim Wybuchu

W tym artykule:

1. Najstarszą galaktykę znaleziono w ubiegłym roku
2. Jak teleskop Webba bada wczesny Wszechświat
3. Najstarsze galaktyki nie zawierają cięższych pierwiastków
4. Tysiące galaktyk z odległej przeszłości

Astronomowie są teraz pewni, że światło z czterech badanych galaktyk podróżuje na Ziemię od ponad 13,4 miliarda lat. Według opublikowanych właśnie wyników badań galaktyki te istniały, gdy Wszechświat miał mniej niż 350 milionów lat. Dane pokazują, że pierwsza generacja galaktyk pojawiła się bardzo szybko po Wielkim Wybuchu, czyli początku wszystkiego.

– Kluczowe było udowodnienie, że te galaktyki rzeczywiście pochodzą z wczesnego Wszechświata – mówi Emma Curtis-Lake, astronomka z University of Hertfordshire w Anglii. To współautorka jednego z nowych, opublikowanych właśnie badań.

– Dzięki obserwacji widma udało nam się potwierdzić, że galaktyki te znajdują się na prawdziwym krańcu naszego pola widzenia. Niektóre z nich są znacznie dalej, niż mógł zajrzeć Kosmiczny Teleskop Hubble’a! To niezwykle ekscytujące osiągnięcie – dodaje Curtis-Lake.

Najstarszą galaktykę znaleziono w ubiegłym roku

O odkryciu informowaliśmy już w grudniu 2022 roku. Upublicznione wówczas dane mówiły jednak o galaktykach istniejących nawet wcześniej, bo zaledwie 325 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

W pobliżu największego znanego kwazara odkryto dwa niezidentyfikowane obiekty. Czym mogą być?

Badanie promieniowania wysyłanego przez największy znany kwazar we Wszechświecie ujawniło, że obok niego znajdują się dwa potężne źródła promieniowania radiowego. Naukowcy nigdy wcześn...

– Po raz pierwszy odkryliśmy galaktykę istniejącą zaledwie 325 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Możemy być absolutnie pewni, że światło pochodzi z właśnie tej fantastycznych odległości – mówił wówczas astronom Brant Robertson z University of California Santa Cruz. – Dostrzeżenie tak niezwykle wczesnych formacji na oszałamiająco pięknych zdjęciach wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) jest wyjątkowym doświadczeniem.

Wówczas mowa była przede wszystkim o galaktyce nazwanej JADES-GS-z13-0. Najnowsze dane mówią już o czterech galaktykach, nazwanych JADES-GS-z10-0, JADES-GS-z11-0, JADES-GS-z12-0 i JADES-GS-z13-0. Wszystkie wykazują tzw. ekstremalne przesunięcia ku czerwieni, od 10,3 do 13,2. Warto dodać, że nazwa JADES oznacza „JWST Advanced Deep Extragalactic Survey”.

Jak teleskop Webba bada wczesny Wszechświat

Odkrycie potwierdza możliwości JWST w zakresie badania wczesnego Wszechświata. Było ono możliwe dzięki detekcji światła, które podróżowało tak długo, że ekspansja Wszechświata rozciągnęła jego długość fali. To rozciąganie światła nazywa się przesunięciem ku czerwieni. Im dłużej światło podróżuje, tym dalej w kierunku czerwonego końca widma elektromagnetycznego przesunie je rozszerzanie się Wszechświata.

Oznacza to, że przesunięcie ku czerwieni może być używane jako miara odległości. Wczesne galaktyki powinny mieć światło wykazujące ekstremalne przesunięcia ku czerwieni, aż do zakresu podczerwieni. A właśnie to jest specjalnością teleskopu Webba. Na takie obserwacje pozwalają kamery bliskiej podczerwieni JWST (NIRCam) i instrument Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec).

Do tej pory obserwatorium o wartości 10 miliardów dolarów zidentyfikowało kilka galaktyk o ekstremalnie dużym przesunięciu ku czerwieni. Obserwacje te muszą jeszcze zostać potwierdzone za pomocą spektroskopii.

Najstarsze galaktyki nie zawierają cięższych pierwiastków

Spektroskopia może być wykorzystana do rozróżnienia między wczesnymi galaktykami, a co za tym idzie dalszymi, a bliższymi, bardziej współczesnymi galaktykami, które mogą wykazywać podobne właściwości. Spektroskopia pomaga dokonać tego rozróżnienia, ponieważ może wykryć charakterystyczne sygnatury określonych pierwiastków.

Wczesne galaktyki składają się głównie z wodoru i helu. Pozbawione są cięższych pierwiastków, takich jak tlen, azot i węgiel. Te wytworzyły się w jądrach wielkich gwiazd w wyniku fuzji. Rozproszyły się po kosmosie poprzez eksplozje supernowych. Właśnie dlatego wczesne galaktyki są pozbawione pierwiastków cięższych.

Naukowcy zwrócili uwagę, że widma badanych galaktyk nie mają charakterystycznej sygnatury ciężkich pierwiastków, takich jak węgiel. To oznacza, że JWST widzi je takimi, jakimi były, gdy Wszechświat miał zaledwie 300 do 500 milionów lat. Dodajmy, że wiek Wszechświata ocenia się na około 13,8 miliarda lat.

Tysiące galaktyk z odległej przeszłości

Obserwacje pochodzą z pierwszej serii detekcji JADES, z obszaru nieba znanego jako Ultra Głębokie Pole. Wcześniej był on badany przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Ten skrawek nieba zawiera około 100 tys. galaktyk, z których każda została uchwycona w pewnym momencie swojej historii, potencjalnie miliardy lat temu.

Prawie to przegapiono: na ultraszczegółowym zdjęciu z Teleskopu Webba są najstarsze gromady kuliste w kosmosie

W lipcu opublikowano pierwsze tzw. Głębokie Pole Webba. To ultraszczegółowe zdjęcie fragmentu kosmosu zrobione z pomocą tego teleskopu. Analizujący je naukowcy zauważyli teraz, że zawiera ...

Naukowcy wykorzystali ponad 10 dni misji JWST na zbadanie Ultra Głębokiego Pola za pomocą NIRCam, obserwując je w dziewięciu różnych pasmach podczerwieni. Następnie instrument NIRSpec zbierał dane przez 28 godzin w ciągu trzech dni. JWST dostarczył zatem wyjątkowo czułych i ostrych obrazów tego obszaru. Zebrał też dane potrzebne do uzyskania precyzyjnego pomiaru przesunięcia ku czerwieni każdej galaktyki i ujawnienia właściwości gazu i gwiazd w każdej z nich.

– Wyniki te najlepiej pokazują, dlaczego zespoły NIRCam i NIRSpec połączyły siły, aby zrealizować wspólny program obserwacyjny – powiedziała Marcia Rieke, główna badaczka NIRCam z University of Arizona.

Źródło: Nature Astronomy.

Nasz ekspert

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”.