Lansiranjem James Webb svemirskog teleskopa, astronomi su sada sposobni zaviriti toliko daleko u prošlost da se približavamo epohi u kojoj mislimo da su prve galaksije stvorene. Kroz veći dio povijesti svemira, galaksije naizgled tendenciozno slijede usku vezu između broja zvijezda koje su formirale i broja teških elemenata koje su stvorile.
No, po prvi puta sada vidimo znakove da ova veza između količine zvijezda i elemenata ne vrijedi za najranije galaksije. Vjerojatni razlog je da su ove galaksije jednostavno u procesu stvaranja i još nisu imale vremena stvoriti teške elemente.
Svemir je prepun galaksija—ogromnih kolekcija zvijezda i plina—i dok zavirujemo duboko u kozmos, vidimo ih blizu i daleko. Zbog toga što je svjetlost provela više vremena putujući do nas, što je galaksija dalje, u osnovi gledamo unatrag kroz vrijeme, što nam omogućuje da izgradimo vizualnu pripovijest njihove evolucije tijekom povijesti svemira.
Nalazi koji Izazivaju Pretpostavke
Opservacije su nam pokazale da su galaksije kroz posljednjih 12 milijardi godina—tj. 5/6 dobi svemira—živjele svoj život u obliku ravnoteže: Postoji osnovna, uska veza između s jedne strane broja zvijezda koje su formirale, i s druge strane broja teških elemenata koje su stvorile. U ovom kontekstu, “teški elementi” znači sve što je teže od vodika i helija.
Ova veza ima smisla, jer je svemir izvorno sastojao samo od ova dva najlakša elementa. Svi teži elementi, kao što su ugljik, kisik i željezo, stvoreni su kasnije od strane zvijezda.
Prve galaksije bi stoga trebale biti “nekontaminirane” teškim elementima. No do nedavno nismo mogli pogledati tako daleko unatrag u vremenu. Uz to što su udaljene, razlog je što svjetlost što duže putuje kroz svemir, postaje crvenija. Za najudaljenije galaksije morate gledati sve do infracrvenog dijela spektra, i tek s lansiranjem James Webba imamo teleskop dovoljno velik i osjetljiv da vidi tako daleko.
I svemirski teleskop nije razočarao: James Webb je nekoliko puta oborio vlastiti rekord za najudaljeniju galaksiju, i sada se čini da napokon dosežemo epohu u kojoj su stvorene neke od prvih galaksija.
Novo Istraživanje, Nove Spoznaje
U novoj studiji, objavljenoj 21. rujna u časopisu Nature Astronomy, tim astronoma iz danskog istraživačkog centra Cosmic Dawn Center pri Niels Bohr Institutu i DTU Space u Kopenhagenu, otkrio je što se čini da su neke od prvih galaksija koje su još uvijek u procesu formiranja.
“Do nedavno je bilo gotovo nemoguće proučavati kako se formiraju prve galaksije u ranom svemiru, jer jednostavno nismo imali adekvatnu instrumentaciju. Ovo se sada potpuno promijenilo s lansiranjem James Webba”, kaže Kasper Elm Heintz, vođa studije i docent na Cosmic Dawn Centeru.
Odnos između ukupne zvjezdane mase galaksije i količine teških elemenata je malo složeniji od toga. Brzina kojom galaksija proizvodi nove zvijezde također ima nešto za reći. No, ako ispravite za to, dobivate prekrasan, linearan odnos: Što je galaksija masivnija, ima više teških elemenata.
No ovaj odnos sada izazivaju najnovija opažanja.
“Kada smo analizirali svjetlost iz 16 ovih prvih galaksija, vidjeli smo da su imale znatno manje teških elemenata, u usporedbi s onim što biste očekivali od njihove zvjezdane mase i količine novih zvijezda koje su proizvele”, kaže Kasper Elm Heintz.
Zapravo se ispostavilo da galaksije imaju, u prosjeku, četiri puta manje količine teških elemenata nego u kasnijem svemiru. Ovi rezultati su u oštrom kontrastu s trenutačnim modelom gdje galaksije evoluiraju u obliku ravnoteže kroz veći dio povijesti svemira.
Predviđanja Teorija
Rezultat nije potpuno iznenađujući. Teorijski modeli formiranja galaksija, temeljeni na detaljnim računalnim programima, predviđaju nešto slično. No sada smo to vidjeli.
Objašnjenje, kako predlažu autori u članku, je jednostavno da smo svjedoci galaksija u procesu stvaranja. Gravitacija je okupila prve grudice plina, koje su počele formirati zvijezde.
Ako bi galaksije onda živjele svoje živote nesmetano, zvijezde bi ih brzo obogatile teškim elementima. Ali između galaksija u to vrijeme bile su velike količine svježeg, nekontaminiranog plina, koji je strujao prema galaksijama brže nego što zvijezde mogu pratiti.
“Rezultat nam daje prvi uvid u najranije faze formiranja galaksija koji su očito više povezani s plinom između galaksija nego što smo mislili.
“Ovo je jedno od prvih James Webb opažanja na ovoj temi, tako da još uvijek čekamo vidjeti što će nam reći veća, opsežnija opažanja koja se trenutno provode.
“Nema sumnje da ćemo uskoro imati mnogo jasnije razumijevanje kako su se galaksije i prve strukture počele formirati tijekom prvih milijardi godina nakon Velikog praska”, zaključuje Kasper Elm Heintz.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr
