Spiralna galaksija vrlo slična Mliječnoj stazi pronađena je u razdoblju svemira u kojem takvi uredni sustavi ne bi trebali postojati. Dvoje astronoma iz Indije identificiralo je iznenađujuće zrelu galaksiju svega 1,5 milijardi godina nakon Velikog praska, što dovodi u pitanje postojeće predodžbe o tome kako galaksije nastaju i razvijaju se.
Galaksiju je otkrio svemirski teleskop James Webb (JWST), instrument posebno prilagođen za bilježenje vrlo slabog svjetla prvih kozmičkih struktura. Pomoću JWST-a istraživači Rashi Jain i Yogesh Wadadekar uočili su galaksiju koja po obliku snažno podsjeća na Mliječnu stazu, iako je nastala dok je svemir bio star tek oko desetinu svoje današnje starosti.
Galaksiju su nazvali Alaknanda, po himalajskoj rijeci koja zajedno s rijekom Mandakini čini jedan od izvorišnih krakova Gange. Mandakini je ujedno i naziv za Mliječnu stazu na hindskom, pa ime nosi i simboličnu poveznicu s našom galaksijom.
Zreli spiralni disk u svemiru starom 1,5 milijardi godina
Klasične spiralne galaksije nalik Mliječnoj stazi, s dva jasno izražena, gotovo simetrična spiralna kraka, takozvane “grand-design” spirale, prema dosadašnjim modelima trebale su nastajati tijekom milijardi godina. Prevladavalo je mišljenje da bi najranije galaksije trebale izgledati nepravilno i fragmentirano, kao nakupine zvijezda još uvijek u fazi kaotičnog spajanja, a ne kao stabilne spirale kakve se često vide u obližnjem svemiru.
Izgradnja takve spiralne strukture zahtijeva vrijeme. Plin iz okolnog prostora mora se postupno slijevati prema galaksiji, što se naziva akrecija plina, zatim se taj materijal treba smiriti u rotirajući disk. Sporije valovite perturbacije, takozvani valovi gustoće, mogu zatim preoblikovati disk u spiralne krakove, a cijeli sustav mora dulje vrijeme ostati pošteđen nasilnih sudara s drugim galaksijama.
Alaknanda se tim očekivanjima izravno protivi. Već sada ima dva široka spiralna kraka koja se uvijaju oko svijetle, zaobljene središnje izbočine, a cijela se galaksija proteže na oko 30 000 svjetlosnih godina. Još je dojmljivije da galaksija svake godine stvara toliko novih zvijezda da im je ukupna masa približno jednaka 60 masa Sunca.
Tempo nastanka zvijezda u toj galaksiji oko je dvadeset puta veći nego u današnjoj Mliječnoj stazi. Procjene pokazuju da je približno polovica zvijezda u Alaknandi nastala u razdoblju od samo 200 milijuna godina, što je u kozmičkom smislu iznimno kratko razdoblje.
“Alaknanda ima strukturnu zrelost kakvu inače povezujemo s galaksijama koje su milijardama godina starije”, ističe glavna autorica rada Rashi Jain.
“Otkrivanje ovako dobro organiziranog spiralnog diska u tom kozmičkom razdoblju pokazuje da procesi koji pokreću nastanak galaksija, akrecija plina, smirivanje diska i vjerojatno razvoj spiralnih valova gustoće, mogu djelovati znatno učinkovitije nego što trenutačni modeli predviđaju. To nas prisiljava da ponovno promislimo teorijski okvir”, dodaje.
Povećalo klastera Pandora i uloga JWST-a
Alaknanda se na nebu nalazi u smjeru masivnog galaktičkog skupa Abell 2744, poznatog i kao Pandora Cluster. Snažna gravitacija tog skupa savija i pojačava svjetlost vrlo udaljenih objekata u pozadini, slično učinku povećala. Taj učinak, poznat kao gravitacijske leće, učinio je Alaknandu oko dva puta sjajnijom te je JWST-u omogućio da njezinu spiralnu strukturu zabilježi s iznimnom razinom detalja.
Jain i Wadadekar analizirali su snimke JWST-a dobivene kroz čak 21 različiti filtar, pri čemu svaki filtar ističe različiti dio spektra galaktičkoga svjetla. Ta bogata zbirka podataka, prikupljena u sklopu JWST programa UNCOVER i MegaScience, omogućila je neuobičajeno precizne procjene udaljenosti galaksije, količine međuzvjezdanog prašinskog materijala, ukupne mase zvijezda te brzine kojom su se zvijezde formirale tijekom vremena.
Otkriće se uklapa u sve brojnije rezultate teleskopa James Webb koji upućuju na to da je rani svemir bio znatno zreliji nego što se donedavno pretpostavljalo. U posljednjih nekoliko godina otkriven je niz galaksija s jasno oblikovanim zvjezdanim diskovima na sličnim udaljenostima, ali Alaknanda se ističe kao jedan od najuvjerljivijih primjera gotovo “udžbeničke” grand-design spiralne galaksije u tako ranom razdoblju.
“Alaknanda otkriva da je rani svemir bio sposoban za mnogo bržu izgradnju galaksija nego što se očekivalo”, naglašava Yogesh Wadadekar, supotpisnik rada.
“Na neki je način ta galaksija uspjela prikupiti deset milijardi solarnih masa zvijezda i organizirati ih u prekrasan spiralni disk u svega nekoliko stotina milijuna godina. To je iznimno brzo prema kozmičkim mjerilima i prisiljava astronome da preispitaju način na koji galaksije nastaju”, kaže Wadadekar.
Brza izgradnja spiralnih krakova i buduća promatranja
Znanstvenici sada nastoje razumjeti kako su se spiralni krakovi Alaknande uopće pojavili. Jedna mogućnost je da je galaksija stabilno rasla povlačeći prema sebi tokove hladnog plina, što bi omogućilo da se spiralni valovi gustoće prirodno razviju i oblikuju krakove. Druga mogućnost je gravitacijski susret s manjom pratećom galaksijom koji bi mogao pobuditi spirale, iako takve plimne strukture obično brzo blijede.
Buduća promatranja spektroskopskim instrumentima JWST-a te radioteleskopom Atacama Large Millimeter Array (ALMA) u Čileu trebala bi omogućiti mjerenje brzine rotacije Alaknande i procjenu gibanja njezina diska. Na temelju tih podataka moći će se utvrditi je li disk dinamički “hladan”, s urednim i stabilnim orbitama zvijezda, ili dinamički “vruć”, s pojačanom nestabilnošću i turbulencijom. Takva mjerenja pomoći će razlikovati scenarije u kojima spiralni krakovi nastaju ponajprije zbog postupnog dotoka hladnog plina od onih u kojima ih pobuđuju plimne gravitacijske interakcije s drugim galaksijama.
Za kozmologiju, Alaknanda je više od dojmljive fotografije iz daleke prošlosti. Rezultati tjeraju na preispitivanje vremenske crte svemira, priče o tome kako su nastajale zvijezde, galaksije i na kraju planeti poput Zemlje. Ako se galaksije mogu tako brzo razviti do zrelih struktura, rani svemir bio je znatno dinamičnije i plodnije okruženje nego što se donedavno pretpostavljalo, a uvjeti za nastanak svjetova sličnih našem možda su se pojavili mnogo ranije.
Kako JWST nastavlja promatrati sve udaljenije objekte, očekuje se da će se otkriti još galaksija sličnih Alaknandi. Svaka od njih bit će dodatni trag u razotkrivanju iznenađujuće brzog razvoja prvih kozmičkih struktura.
Današnji podaci sve jasnije pokazuju da je rani svemir imao mnogo veće sposobnosti izgradnje složenih i stabilnih sustava nego što se ranije vjerovalo. Alaknanda je snažan dokaz za to, kao najudaljenija poznata grand-design spiralna galaksija u kojoj dominantnu ulogu ima disk.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
