Astronomové pozorují chemicky nejprimitivnější galaxii v raném vesmíru

Jedním z největších úspěchů vesmírného dalekohledu Jamese Webba JWST je to, že umožňuje vědcům posouvat hranice astronomie pozorováním galaxií, které existovaly v raném vesmíru, necelou miliardu let po Velkém třesku. Toto období, známé jako epocha reionizace, se shoduje s tím, co astronomové přezdívali „temný kosmický věk“. Během této doby, 380 000 až 1 miliardu let po Velkém třesku, byl vesmír naplněn neutrálním vodíkem a všechny zdroje světla viditelné dnes jsou posunuty do červeného konce spektra, mimo hranice sledování konvenčními dalekohledy.

Díky pokročilým přístrojům detekujícím infračervené záření a spektrometrům JWST nyní mohou vědci nahlédnout za tento závoj a vidět, jak se galaxie vyvíjely od nejranějších kosmologických epoch. Mezinárodní tým astronomů nedávno pomocí JWST a techniky gravitační čočky zachytil vzácný pohled na LAP1-B, ultraslabou galaxii, která existovala 800 milionů let po Velkém třesku. Pomocí spektrometrů byl tým schopen tuto galaxii definitivně charakterizovat a odhalil, že se jedná o galaxii s nejnižším obsahem kovů v raném vesmíru, která byla dosud pozorována.

Bezprostředně po Velkém třesku obsahoval vesmír pouze lehké prvky, jako je vodík a hélium, zatímco prvky nezbytné pro život (uhlík, kyslík atd.) chyběly. Tyto prvky vznikly v nitru hvězd první generace (Populace III), které byly poté rozptýleny, když tyto hvězdy explodovaly jako supernovy a odfoukly své vnější vrstvy. Astronomové po celá desetiletí doufali, že tyto hvězdy najdou, aby mohli být svědky okamžiku, kdy začaly zasypávat vesmír těžšími prvky. To je problematické, protože nejstarší galaxie, které hostily hvězdy Populace III, se zdají být velmi malé a slabé.

V důsledku toho bylo určení jejich chemického složení pomocí spektroskopie až doposud považováno za téměř nemožné. Práce Kimihiko Nakajima z Kanazawa University staví na počátečních detekcích LAP1-B přidáním spekter z JWST, která odhalují rekordně nízké množství kyslíku (1/240 Slunce). V kombinaci se zvýšeným poměrem uhlíku ke kyslíku a dominantním halo temné hmoty tato zjištění naznačují, že LAP1-B je předchůdcem fosilních galaxií nalezených v blízkosti Mléčné dráhy. Astronomové tyto „primitivní“ galaxie hledají, což z LAP1-B činí historické okno do nejranějších fází formování galaxií.

Týmu pomohla přítomnost mezilehlé kupy galaxií, která fungovala jako gravitační čočka a zesílila světlo z LAP1-B stokrát. Po 30 hodinách pozorování a hloubkové spektroskopie byl tým konečně schopen charakterizovat chemické složení této galaxie. Kromě toho, že je galaxie chemicky primitivní, poměr uhlíku a kyslíku se úzce shoduje s teoretickými předpověďmi pro materiál rozptýlený explozemi hvězd populace III. Docent Nakajima v tiskové zprávě Kanazawa Univerzity uvedl:

„Okamžitě mě nadchl extrémní nedostatek kyslíku odhalený v datech. Nález galaxie v tak primitivním stavu je ohromující. Je to chemický podpis, který jasně naznačuje na prvotní galaxii zachycenou v okamžicích krátce po jejím vzniku. Obvykle se chováme jako „kosmičtí archeologové“ a snažíme se uhodnout minulost pohledem na staré hvězdy ve vlastním okolí. Nyní však můžeme analyzovat plyn přímo z původní scény před 13 miliardami let. Jsme svědky okamžiku, kdy galaxie poprvé zdědila chemické stavební bloky vytvořené nejranějšími hvězdami vesmíru.“

Tým také zjistil, že LAP1-B je neuvěřitelně lehká (méně než 3 300 hmotností Slunce), což naznačuje, že většina látky galaxie se skládá z temné hmoty ve formě halo. Spolu s jejím jedinečným chemickým složením z ní činí téměř dokonalou shodu s „ultraslabými trpasličími galaxiemi (UFD)“, které se dnes nacházejí v blízkosti Mléčné dráhy. Profesor Masami Ouchi (NAOJ/University of Tokyo), člen výzkumného týmu, uvedl:

„UFD nejsou jen nejslabšími galaxiemi; jsou složeny ze starodávných hvězd starých přes 12 miliard let a často jsou popisovány jako „fosilie vesmíru“. Astronomové měli podezření, že by mohly být pozůstatky nejstarších galaxií ve vesmíru, protože jim chybí těžké prvky, ale astronomové nikdy neviděli přímou souvislost – dokud jsme neobjevili LAP1-B. Je hlubokým překvapením zjištění, že LAP1-B vypadá přesně jako „předek“, kterého jsme si představovali pouze v teoriích. To nám pomáhá vyřešit záhadu, proč tyto kosmické fosilie přežily ve své současné podobě až do současnosti.“

Zjištění týmu astronomům nabízí nový způsob, jak mapovat zrod těžších prvků ve vesmíru a formování jeho nejstarších struktur. Dalším krokem bude využití dat z JWST k hledání ještě chemicky primitivnějších objektů, včetně těch vůbec prvních, které kdy vznikly. Jak uvedl Nakajima: „Doufáme, že tento objev představuje historický krok v pochopení toho, jak se prvky, které tvoří naše vlastní těla, poprvé zrodily a hromadily v celém vesmíru.“

Zdroj: https://www.universetoday.com/articles/astronomers-observe-the-most-chemically-primitive-galaxy-in-the-early-universe a https://www.kanazawa-u.ac.jp/en/miraichi/183006/

autor: František Martinek