Istorinė akimirka. Pirmą kartą aptiktos ankstyviausios kada nors egzistavusios galaktikos – iškart po Didžiojo sprogimo

Jameso Webbo kosminis teleskopas (JWKT) atrado keletą tikėtinų galaktikų, kurios gali būti vienos ankstyviausių kada nors egzistavusių galaktikų. Esančios už 13,6 mlrd. šviesmečių ir susiformavusios vos už 200 mln. metų po Didžiojo sprogimo, penkios kandidatės į galaktikas yra pačios ankstyviausios kada nors aptiktos galaktikos ir, veikiausiai, vienos pirmųjų, gimusių senojoje Visatoje.

Jei šią versiją patvirtins tolesni stebėjimai, senosios galaktikos leis astronomams pasitikrinti savo geriausias galaktikų formavimosi teorijas ir suteiks unikalių įžvalgų apie tai, kaip kosmose telkėsi materija.

Tyrimai publikuoti arXiv.

„Pagal standartinę struktūrų formavimosi paradigmą tie patys pirmykščiai svyravimai, dėl kurių kosminiame mikrobangų fone (CMB) susidarė karštosios ir šaltosios dėmės, galiausiai pradeda augti, kolapsuoja ir per kosminę aušrą suformuoja pirmąsias galaktikas, taip duodami pradžią pirmosios šviesos epochai“, – savo tyrime rašė mokslininkai.

„Šios pirmosios galaktikos ištisus dešimtmečius buvo likusios už mūsų stebėjimo ribų“, – pridūrė jie.

Tačiau JWKT padėjo tai pakeisti. Anksčiau mokslininkai skaičiavo, kad pirmieji žvaigždžių telkiniai pradėjo jungtis ir formuoti galaktikas praėjus vos keliems šimtams milijonų metų po Didžiojo sprogimo.

Tuomet, kaip teigia dabartinės teorijos, praėjus vos 1 – 2 mlrd. Visatos gyvavimo metų, šios ankstyvosios protogalaktikos sulaukė taip vadinamos paauglystės – susiformavo į nykštukines galaktikas, kurios rijo viena kitą, ir išaugo į tokias galaktikas kaip mūsiškis Paukščių Takas.

Tačiau nustatyti tikslų šio proceso laiką ir greitį, kuriuo vystėsi ankstyviausi etapai, yra sudėtinga, nes iš šių galaktikų atsklindanti šviesa yra labai blausi, o Visatos plėtimasis smarkiai ištempė jų bangų ilgius infraraudonojo spektro link.

Skirtingai nei jo pirmtakas, Hubble`o kosminis teleskopas, JWKT gali aptikti šviesą infraraudonųjų spindulių spektre, todėl šiuo teleskopu galima tyrinėti pirmuosius Visatos etapus. Tačiau itin ankstyvų mūsų Visatos epochų šviesa vis tiek yra per silpna, kad ją būtų galima aptikti pačią savaime.

Bandydami apeiti šią problemą, mokslininkai, kurių naujausi stebėjimai tapo projekto „Galactic Legacy Infrared Midplane Survey Extraordinaire“ (GLIMPSE) dalimi, pasinaudojo vadinamu gravitacinio lęšio reiškiniu, leidžiančiu išdidinti ankstyvųjų galaktikų šviesą.

Kaip Einšteinas išdėstė savo bendrojoje reliatyvumo teorijoje, gravitacija yra erdvėlaikio išlinkimas ir išsikraipymas, veikiant materijai bei energijai. Ši išlenkta erdvė savo ruožtu lemia, kaip energija ir materija juda.

Tai reiškia, kad nors šviesa sklinda tiesia linija, gravitacija ją gali išlenkti ir išdidinti. Šiuo atveju galaktika Abell S1063 buvo tarp regiono, kurį jie pasirinko tyrinėti, ir mūsų Saulės sistemos, ir jos šviesa fokusavosi taip, kad ją buvo galima stebėti teleskopais.

Nukreipę JWKT į šį išlenktos erdvės regioną ir lėtai rinkdami šviesą, sklindančią iš už jo, astronomai išnaudojo teleskopo galimybių ribas ir užfiksavo pirmuosius silpnus ankstyvųjų galaktikų spingsėjimus.

Jei tai patvirtins tolesni tyrimai, šios kandidatės į galaktikas už anksčiausią patvirtintą galaktiką JADES-GS-z14-0 bus vyresnės maždaug 90 milijonų metų, taigi jos bus vienos pirmųjų, galėjusių kada nors susiformuoti. Tai, kad jos visos buvo rastos tame pačiame dangaus regione, leidžia manyti, kad tokių galaktikų gali būti ir daugiau.

Kaip tokios galaktikos sugeba taip greitai augti? Atsakymai į šią kosminę paslaptį išlieka sunkiai atsakomi, tačiau mažai tikėtina, kad jie sugriautų mūsų dabartinį kosmologijos supratimą. Vietoj to, kad paaiškintų spartų žvaigždžių formavimąsi jose, astronomai bando flirtuoti su tokiais aiškinimais, kurie apima ankstesnį nei tikėtasi milžiniškų juodųjų skylių atsiradimą, grįžtamąjį ryšį po supernovų sprogimų ar net tamsiosios energijos įtaką.

Tuo pačiu teleskopu aptiko ir seniausią diskinę galaktiką

Kaip tinklaraštyje „Konstanta 42“ rašo astrofizikas dr. Kastytis Zubovas, aplinkinėje Visatoje dauguma galaktikų yra diskinės, kaip Paukščių Takas. Praeityje tokių buvo mažiau – kuo tolimesnius galaktikų rinkinius tiriame, tuo labiau diskinės užleidžia vietą netvarkingoms.

Ilgą laiką buvo manoma, kad prieš 12 ir daugiau milijardų metų diskinių galaktikų apskritai Visatoje beveik nebuvo. Visgi nauji stebėjimai keičia šį vaizdą – tolimoje Visatoje aptinkama vis daugiau galaktikų su tvarkingais, nusistovėjusiais, diskais. Dabar aptikta tolimiausia tokia – jos šviesa, kurią matome dabar, išspinduliuota prieš 13 milijardų metų, Visatai esant vos 730 milijonų metų amžiaus.

Atradimas padarytas ALMA submilimetrinių bangų teleskopų masyvu, kuriuo pastaruoju metu stebima nemažai labai tolimų, daug dujų turinčių galaktikų. Vienas šio projekto taikinys, REBELS-25, yra gana masyvi, 120 milijardų Saulės masių galaktika su aštuoniais milijardais Saulės masių žvaigždžių ir bent 50 milijardų dujų. Naujos žvaigždės joje formuojasi 200 Saulės masių per metus sparta. Nepaisant tokios aktyvios žvaigždėdaros, naujajame tyrime pristatomi stebėjimų duomenys rodo, kad galaktika tvarkingai sukasi aplink centrą maksimaliu 340 km/s greičiu, o statmenai diskui žvaigždžių judėjimo tipiniai greičiai tesiekia 33 km/s. Tai rodo, kad galaktika turi palyginus ploną diską.

Galaktikų diskai tokioje jaunoje Visatoje turėtų būti labai reti, o tokie ploni (arba „šalti“) – apskritai neįmanomi, bent jau jeigu tikėsime skaitmeniniais kosmologiniais modeliais. Akivaizdu, kad modelius reikia tobulinti. Tiesa, kai kurie naujesni modeliai prognozuoja daug ankstesnį diskinių galaktikų atsiradimą, tad galbūt galėtų paaiškinti ir REBELS-25. Šiuose modeliuose geriau išskiriama į galaktikas krentančių dujų temperatūra.

Tyrėjai taip pat aptiko požymių, kad galaktika gali turėti skersę – pailgą žvaigždžių telkinį centre. Jų egzistavimas taip seniai – taip pat netikėtas. Panašiai, kaip ir įvairūs Jameso Webbo teleskopo atradimai, taip ir šis prisideda prie vis geresnio supratimo, kaip Visatoje pradėjo formuotis didelio masto struktūra.

Tyrimas: https://arxiv.org/abs/2405.06025

Parengta pagal arxiv.org, „Live Science“, „Konstanta 42“, Delfi arch. inf.