Astronomi pronašli golemu zalihu plina u galaksiji iz vremena kozmičke zore

Astronomi su u galaksiji REBELS-25 otkrili veliku zalihu hladnog molekularnog plina, materijala iz kojeg nastaju nove zvijezde. Galaksiju vidimo kakva je bila samo oko 700 milijuna godina nakon Velikog praska, u razdoblju kada su prve galaksije već počele ubrzano mijenjati izgled mladog svemira.

Galaksija koja je već imala gorivo za snažan rast

REBELS-25 jedna je od onih galaksija koje astronomima postavljaju neugodno jednostavno pitanje: kako su neki sustavi u mladom svemiru tako brzo postali veliki i bogati zvijezdama?

Novo istraživanje, objavljeno u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, usredotočilo se upravo na tu galaksiju. Tim koji vodi Sveučilište u Leidenu promatrao je REBELS-25 u trenutku kada je svemir imao tek oko pet posto svoje današnje starosti.

Astronomi za takve udaljenosti koriste crveni pomak, odnosno mjeru koliko je širenje svemira rastegnulo svjetlost galaksije prema crvenijim valnim duljinama. Kod REBELS-25 riječ je o crvenom pomaku z = 7,3, što znači da gledamo duboko u epohu reionizacije. To je razdoblje u kojem su prve zvijezde i galaksije počele mijenjati svemir ispunjen neutralnim plinom u prozirniji svemir kakav danas promatramo.

Galaksije rastu tako što plin pretvaraju u zvijezde. Hladni molekularni plin pritom je ključna sirovina. Astronomi su već pretpostavljali da su sjajne i masivne galaksije u ranom svemiru morale imati velike zalihe takvog materijala, ali dosad ga na tako velikim udaljenostima nisu izravno izmjerili.

Slab signal ugljikova monoksida otkrio je hladni plin

Za ovo otkriće istraživači su koristili radioopservatorij Very Large Array Američke nacionalne zaklade za znanost u Novom Meksiku, poznat kao NSF VLA, te podatke teleskopske mreže ALMA u čileanskim Andama.

NSF VLA tražio je vrlo slabu radioemisiju molekula ugljikova monoksida. U astronomiji se takav signal često koristi kao trag molekularnog plina, jer ugljikov monoksid emitira zračenje na dobro poznatim frekvencijama.

Promatranja su otkrila emisiju iz niskoenergetske linije ugljikova monoksida, povezane s hladnim plinom. Prema autorima rada, to je dosad najudaljenija detekcija takve niskoenergetske CO linije u svemiru.

Snaga signala upućuje na to da je REBELS-25 već u toj ranoj fazi imala veliku zalihu plina iz kojeg su mogle nastajati nove zvijezde. Podaci ALMA-e, koji prate prijelaze ugljikova monoksida na višim energijama, u kombinaciji s mjerenjima NSF VLA-a omogućili su istraživačima da preciznije odrede gustoću i temperaturu tog plina u uvjetima ranog svemira.

Pozadinsko zračenje otežava potragu za najhladnijim plinom

Takvo mjerenje nije jednostavno. Što dublje gledamo u prošlost, to je kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje izraženiji problem za promatranje hladnog plina. To zračenje ostatak je rane faze nakon Velikog praska, a na velikim crvenim pomacima postaje svjetlije u odnosu na signale koje astronomi pokušavaju izdvojiti.

Zbog toga se smanjuje kontrast između hladnog molekularnog plina i pozadine. Drugim riječima, signal postoji, ali ga je sve teže prepoznati.

Karin Cescon, doktorandica na Sveučilištu u Leidenu i glavna autorica rada, navela je da rezultati pokazuju kako su galaksije već 700 milijuna godina nakon Velikog praska imale velike zalihe hladnog plina dostupnog za stvaranje zvijezda. Prema njezinim riječima, duboka promatranja NSF VLA omogućila su timu da nadvlada poteškoće koje stvara kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje.

To je važan pomak jer astronomi više ne moraju samo zaključivati koliko je plina moralo postojati u ranim galaksijama. Sada mogu mjeriti sam materijal koji je pokretao njihov rast.

REBELS-25 možda je tek prvi u nizu sličnih sustava

Velika masa plina u REBELS-25 pokazuje da su neke rane galaksije već bile spremne za vrlo snažno stvaranje zvijezda. Takvi sustavi mogu pomoći objasniti kako se u prvoj milijardi godina nakon Velikog praska nakupila masa u najranijim galaktičkim strukturama.

Otkriće ujedno najavljuje što bi mogla donijeti nova generacija radioastronomskih instrumenata. Planirani Next-Generation Very Large Array, odnosno ngVLA, trebao bi ovakva mjerenja obavljati oko deset puta brže. To bi omogućilo promatranje mnogo većeg broja ranih galaksija, umjesto da se astronomi oslanjaju na nekoliko posebno sjajnih primjera.

Ako je REBELS-25 tek vrh ledenog brijega, sljedeći korak bit će potraga za slabijim i još udaljenijim galaksijama. U kombinaciji s ALMA-om, ngVLA bi mogao pokazati kako su galaksije u vrijeme kozmičke zore skupljale plin, stvarale zvijezde i izrasle u prve velike sustave u svemiru.

Ivan Petričević

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.