Neočekávaná chemie starobylé galaxie by mohla přepsat příběh vesmíru

Tento infračervený snímek z vesmírného dalekohledu NASA Jamese Webba (JWST) pořídila palubní kamera pro blízkou infračervenou oblast v rámci programu JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Data z kamery NIRCam byla použita k určení galaxií, které budou dále zkoumány pomocí spektroskopických pozorování. U jedné z takových galaxií, JADES-GS-z14-0 (na obrázku ve výřezu), byl určen červený posuv 14,3, což z ní činí současného rekordmana jako nejvzdálenější známou galaxii. To odpovídá době méně než 300 milionů let po Velkém třesku.

Astronomové z Arizonské univerzity odhalili ohromující podrobnosti o galaxii, která existovala v době, kdy byl vesmír starý méně než 300 milionů let, tedy pouhá 2 % jeho současného stáří. Pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba zjistili, že galaxie JADES-GS-z14-0 je mnohem jasnější a chemicky složitější, než se očekávalo, což zpochybňuje dosavadní představy o vzniku galaxií v raném vesmíru. Objev významného množství kyslíku naznačuje, že v této galaxii se již nejméně 100 milionů let tvořily hvězdy, což posouvá časovou osu kosmického vývoje.

Lámání rekordů při hledání vzdálených galaxií
Studie publikovaná v časopise Nature Astronomy navazuje na zjištění z roku 2024, kdy byla galaxie JADES-GS-z14-0 označena za nejvzdálenější galaxii, která kdy byla pozorována. Zatímco tento původní objev stanovil její extrémní vzdálenost a překvapivou jasnost, nový výzkum zkoumá její chemické složení a vývojový stav do větší hloubky. Studie je součástí rozsáhlého programu JADES, který je určen ke zkoumání vzdálených galaxií.

Podle Kevina Hainlinea, spoluautora nové studie a docenta na Steward Observatory University of Arizona, nešlo jen o neočekávaný objev. Průzkum byl záměrně navržen tak, aby našel vzdálené galaxie, ale tato překonala rekordy způsobem, který nepředpokládali; byla vnitřně jasná a měla složité chemické složení, které bylo tak brzy v historii vesmíru zcela neočekávané.

„Není to jen malinký samorost. Je jasný a na stáří vesmíru, kdy jsme ho pozorovali, poměrně rozlehlý,“ řekl Hainline.

Na připojené infografice je časová osa vesmíru: Přestože si nejsme jisti, kdy přesně začaly zářit první hvězdy, víme, že musely vzniknout někdy po éře rekombinace, kdy vznikly atomy vodíku a helia (380 000 let po Velkém třesku), a před vznikem prvních známých galaxií (400 milionů let po Velkém třesku). Ultrafialové světlo vyzařované prvními hvězdami rozkládalo neutrální vodíkový plyn vyplňující vesmír na vodíkové ionty a volné elektrony, čímž byla zahájena éra reionizace a konec temného věku vesmíru.

Takové galaxie mohou být všude
„Skutečnost, že jsme tuto galaxii našli v malé oblasti oblohy, znamená, že by takových galaxií mělo být více,“ řekl hlavní autor studie Jakob Helton, postgraduální výzkumný pracovník Stewardovy observatoře. „Kdybychom se podívali na celou oblohu, což s JWST nemůžeme, našli bychom nakonec více takových extrémních objektů.“

Výzkumný tým použil několik přístrojů JWST, včetně kamery NIRCam pro oblast blízkého infračerveného záření, jejíž konstrukci vedla profesorka astronomie na University of Arizona Marcia Riekeová. Další přístroj na teleskopu – Mid-Infrared Instrument, neboli MIRI – odhalil něco mimořádného: značné množství kyslíku.

V astronomii se za „kov“ považuje vše, co je těžší než helium, řekl Helton. K vytvoření takových kovů jsou zapotřebí celé generace hvězd. Raný vesmír obsahoval pouze vodík, helium a stopové množství lithia. Objev značného množství kyslíku v galaxii JADES-GS-z14-0 však naznačuje, že galaxie tvořila hvězdy možná již 100 milionů let předtím, než byla pozorována.

Životní cyklus hvězd v mladém vesmíru
Aby se v galaxii vytvořil kyslík, musela galaxie začít vznikat velmi brzy, protože by musela vytvořit generaci hvězd, řekl George Rieke, profesor astronomie a hlavní autor studie. Tyto hvězdy se musely vyvinout a explodovat jako supernovy, aby se do mezihvězdného prostoru uvolnil kyslík, z něhož by se vytvořily nové hvězdy.

„Vytvořit tolik kyslíku, kolik ho má tato galaxie, je velmi složitý cyklus. Takže je to skutečně ohromující,“ řekl Rieke. Zjištění naznačuje, že tvorba hvězd začala ještě dříve, než se vědci dosud domnívali, což posouvá časovou osu, kdy mohly vzniknout první galaxie po Velkém třesku.

Šťastná shoda pro převratný objev
Pozorování si vyžádalo přibližně devět dní práce dalekohledu, včetně 167 hodin snímání pomocí kamery NIRCam a 43 hodin snímání pomocí kamery MIRI, přičemž se zaměřilo na neuvěřitelně malou část oblohy.
Astronomové z University of Arizona (U of A) měli štěstí, že se tato galaxie ocitla na ideálním místě pro pozorování pomocí MIRI. Kdyby teleskop nasměrovali jen o zlomek stupně jakýmkoliv jiným směrem, přišli by o získání těchto klíčových dat ve střední infračervené oblasti, řekl Helton.

Mocná výzva pro modely vzniku galaxií
Existence takto vyvinuté galaxie v tak raném stádiu vesmírné historie slouží jako silný test pro teoretické modely vzniku galaxií.

„Naše účast zde je výsledkem vedoucí úlohy U of A v infračervené astronomii od poloviny 60. let, kdy se s ní začalo. Měli jsme první velkou infračervenou astronomickou skupinu v Lunární a planetární laboratoři s Gerardem Kuiperem, Frankem Lowem a Haroldem Johnsonem,“ řekl Rieke.

Jakmile lidé získají možnost přímo pozorovat a pochopit galaxie, které existovaly v počátcích vesmíru, může to přinést zásadní poznatky o tom, jak se vesmír vyvíjel od jednoduchých prvků ke složité chemii nezbytné pro život, jak ho známe.

„Nacházíme se v neuvěřitelném období v historii astronomie,“ řekl Kevin Hainline. „Jsme schopni porozumět galaxiím, které jsou mnohem dál než cokoliv, co kdy lidé objevili, a vidět je mnoha různými způsoby a skutečně jim porozumět. To je opravdu kouzelné.“

Zdroj: https://scitechdaily.com/this-ancient-galaxys-unexpected-chemistry-could-rewrite-the-story-of-the-universe/

autor: František Martinek