Astronomi zbunjeni galaksijom koja je prerano ostala bez rotacije

Astronomi su uz pomoć svemirskog teleskopa James Webb otkrili masivnu galaksiju iz ranog svemira koja se ponaša kao da je iza sebe već imala dugu i burnu povijest. Galaksija XMM-VID1-2075 ne pokazuje znakove rotacije, iako je postojala u vrijeme kada je svemir bio mlađi od dvije milijarde godina.

Takvo stanje obično se povezuje s najvećim i najzrelijim galaksijama u mnogo kasnijem svemiru, nakon milijardi godina sudara, spajanja i unutarnjeg preoblikovanja. Upravo zato novo otkriće, objavljeno u časopisu Nature Astronomy, otvara pitanje koliko su brzo neke galaksije u ranom svemiru mogle dosegnuti stanje za koje se smatralo da zahtijeva daleko više vremena.

Masivna galaksija koja ne slijedi očekivani scenarij

Prema današnjim modelima nastanka galaksija, prvi veliki galaktički sustavi trebali su se okretati. Plin koji je ulazio u mlade galaksije donosio je kutni moment, a gravitacija je taj materijal postupno okupljala u strukture s jasnom rotacijom.

Kod galaksija u bliskom, odnosno kasnijem svemiru, slaba ili gotovo nepostojeća rotacija nije nepoznata pojava. Neke od najmasivnijih galaksija u današnjem svemiru imaju zvijezde koje se ne kreću uredno oko zajedničke osi, nego u njima prevladava mnogo nasumičnije gibanje.

No za takvo stanje obično je potrebno mnogo vremena. Tijekom milijardi godina galaksije se sudaraju i spajaju, a svaki takav susret mijenja njihovu unutarnju dinamiku. Ako se galaksije spajaju u sličnom smjeru gibanja, zajednička rotacija može ostati izražena. Ako dolaze iz suprotnih ili vrlo različitih smjerova, uredno kruženje zvijezda može se poremetiti ili gotovo potpuno izgubiti. Nakon dovoljno takvih događaja nastaje galaksija u kojoj više nema jasne ukupne rotacije, nego prevladava nasumično gibanje zvijezda.

XMM-VID1-2075 zbunjuje astronome jer se čini da je do sličnog stanja došla vrlo rano. Kada je svjetlost te galaksije krenula prema nama, svemir još nije bio navršio ni dvije milijarde godina.

Ben Forrest, istraživač s Odjela za fiziku i astronomiju Sveučilišta u Kaliforniji, Davis i prvi autor novog rada, rekao je da upravo ta galaksija nije pokazala nikakav dokaz rotacije, što je za tim bilo iznenađujuće i vrlo zanimljivo.

Webb je proučio sustav koji je već bio veći od Mliječne staze

XMM-VID1-2075 već je ranije bila poznata kao izniman objekt. Forrest i njegovi suradnici promatrali su je u sklopu programa MAGAZ3NE, punog naziva Massive Ancient Galaxies at z>3 NEar-Infrared, koristeći opservatorij W. M. Keck na Havajima.

Ta su ranija promatranja potvrdila da je riječ o jednoj od najmasivnijih galaksija poznatih iz ranog svemira. Već je sadržavala nekoliko puta više zvijezda od naše Mliječne staze. Još je neobičnije to što u njoj više nije bilo aktivnog stvaranja novih zvijezda.

Drugim riječima, astronomi nisu gledali mladu galaksiju u fazi naglog rasta, nego već golem sustav koji je rano skupio veliku zvjezdanu masu i zatim se ugasio. To ju je učinilo posebno vrijednom metom za Webb.

Novi cilj bio je precizniji: ne samo izmjeriti njezinu masu i starost, nego provjeriti kako se materijal unutar nje kreće.

Tri galaksije, tri različita ponašanja

Forrestov tim upotrijebio je svemirski teleskop James Webb za detaljnije promatranje XMM-VID1-2075 i još dviju galaksija slične starosti. Webb im je omogućio da izmjere relativno gibanje materijala unutar tih udaljenih sustava.

Takva mjerenja mnogo su lakša kod obližnjih galaksija. One se na nebu vide veće, svjetlije su i njihova se unutarnja dinamika može proučavati s puno više prostorne razlučivosti. Kod galaksija na velikom crvenom pomaku situacija je znatno teža. One su daleke, sitne na nebu i njihova svjetlost do nas stiže nakon golemog putovanja kroz svemir.

Zato je Webb ovdje ključan. Njegova osjetljivost u infracrvenom području omogućuje astronomima da izravnije proučavaju unutarnja gibanja galaksija iz razdoblja koje je donedavno bilo gotovo nedostupno za takvu vrstu analize.

Rezultat nije bio jednostavan. Od tri promatrane galaksije, jedna jasno rotira. Druga ima neuredniju dinamiku. Treća, XMM-VID1-2075, ne pokazuje rotaciju, ali pokazuje mnogo nasumičnog gibanja.

Takav obrazac podsjeća na najmasivnije galaksije u lokalnom svemiru. Razlika je u tome što se ova galaksija nalazi u vrlo ranoj kozmičkoj epohi.

Je li jedan veliki sudar bio dovoljan?

Ključno pitanje sada glasi: kako je XMM-VID1-2075 tako brzo ostala bez rotacije?

Jedno moguće objašnjenje jest da nije morala proći kroz dugačak niz spajanja. Možda je dovoljan bio jedan snažan sudar dviju galaksija koje su se okretale gotovo u suprotnim smjerovima. U takvom scenariju njihove bi se rotacije mogle velikim dijelom poništiti, pa bi galaksija vrlo rano dobila dinamiku kakvu obično očekujemo tek nakon mnogo dulje evolucije.

Promatranja daju trag u tom smjeru. Tim je uz XMM-VID1-2075 uočio velik višak svjetlosti sa strane. To može upućivati na drugi objekt koji je ušao u sustav, djelovao gravitacijski na galaksiju i možda promijenio njezinu unutarnju dinamiku.

Za sada to nije konačan odgovor. Astronomi nastavljaju tražiti slične galaksije u ranom svemiru i uspoređivati ih s računalnim simulacijama nastanka galaksija.

Neke simulacije već predviđaju da bi u vrlo ranom svemiru mogao postojati mali broj galaksija bez jasne rotacije, ali očekuju da takvi objekti budu rijetki. Webbovo otkriće zato postaje važan test: ako se pokaže da XMM-VID1-2075 nije iznimka, modeli galaktičke evolucije morat će objasniti kako su se masivne galaksije mogle tako brzo izgraditi, ugasiti stvaranje zvijezda i izgubiti rotaciju.

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.