Svemirski teleskop James Webb pronašao je šest galaksija na tako malom području da bi cijeli sustav stao unutar približno polovice Mliječne staze. Vidimo ih u razdoblju kada je svemir bio star oko 1,2 milijarde godina, a njihovi izobličeni oblici i različite brzine stvaranja zvijezda pokazuju da su već počele snažno utjecati jedna na drugu. Sve upućuje na ranu fazu nastanka jedne velike galaksije, iako se njihovo buduće spajanje zasad temelji na usporedbi sa simulacijama.
Šest galaksija ondje gdje bi jedva stala polovica Mliječne staze
Istraživači su sustavu dali oznaku SCGG-z5 i ime Shirui. Webb ga je pronašao u području neba uz skup galaksija MACS J0416, u podacima velikog promatračkog programa SAPPHIRES. Riječ je o pregledu udaljenog svemira koji kamerom NIRCam istodobno snima galaksije i razlaže njihovu svjetlost na spektar.
Na Webbovim snimkama šest galaksija zauzima prostor širok oko 52.000 svjetlosnih godina. Mliječna staza, za usporedbu, ima zvjezdani disk promjera od približno 100.000 svjetlosnih godina. U slučaju SCGG-z5 ipak govorimo o veličini izmjerenoj na slici. Astronomi još ne znaju točno koliko su galaksije međusobno udaljene u svim trima dimenzijama.
Ono što znaju jest da nisu samo slučajno poredane u istom smjeru. U spektru svake galaksije pronađena je emisijska linija vodika H-alfa, pomaknuta prema istom dijelu infracrvenog spektra. Na temelju te linije potvrđeno je da svih šest galaksija pripada gotovo istom razdoblju kozmičke povijesti. Njihov crveni pomak iznosi približno 4,97, pa ih promatramo kakve su bile oko 1,2 milijarde godina nakon Velikog praska.
Upravo je spektroskopska potvrda jedan od najvažnijih dijelova otkrića. U ranom svemiru već su pronađene brojne skupine galaksija koje na snimkama izgledaju povezano, ali se za neke članove udaljenost mogla samo procijeniti prema njihovoj boji. U SCGG-z5 udaljenost je pojedinačno izmjerena za svih šest galaksija.
Sustav se nalazi i unutar mnogo većeg područja u kojem ima znatno više galaksija nego što bi se očekivalo na prosječnom dijelu neba. To znači da šest članica vjerojatno čini gusto središte veće strukture koja se tek počela oblikovati. Takva bi struktura tijekom milijardi godina mogla prerasti u skupinu ili jato galaksija.
Gravitacija već mijenja njihove oblike
Webb nije zabilježio šest urednih i odvojenih galaksija. Svaka od njih ima nepravilan ili izdužen oblik, a na nekima se vide lukovi i svijetli dijelovi izvan glavne strukture. Takvi tragovi često nastaju kada prolazak obližnje galaksije poremeti raspored zvijezda i plina.
Sami neobični oblici još nisu konačan dokaz da se svih šest galaksija već spaja. Mlade galaksije u ranom svemiru često su prirodno nepravilne jer brzo stvaraju zvijezde i sadrže velike količine nemirnog plina. Međutim, kada se njihovi oblici promatraju zajedno s malim međusobnim udaljenostima i razlikama u brzini, slika postaje uvjerljivija. SCGG-z5 ponaša se kao mlad, zbijen i vrlo nemiran sustav.
U svih šest galaksija zajedno godišnje nastane najmanje oko 25 Sunčevih masa novih zvijezda. Stvarna vrijednost može biti viša jer dio svjetlosti zaklanja prašina. Tri članice stvaraju zvijezde očekivanim ili nešto bržim tempom od drugih galaksija slične mase iz istog razdoblja.
Najzanimljivije razlike vide se unutar samih galaksija. U tri članice stvaranje zvijezda izraženije je prema središtu. Jedno je objašnjenje da međusobna gravitacija oduzima plinu dio njegova gibanja i usmjerava ga prema jezgrama galaksija. Ondje se plin sabija, hladi i stvara nove zvijezde.
Najmasivnija galaksija pokazuje suprotan raspored. Njezino je središte manje aktivno, dok se na rubovima još stvaraju zvijezde. Moguće je da je već potrošila ili izgubila dio plina u središnjem području, ali taj je rezultat još preslab za čvrst zaključak.
To pokazuje da blizina drugih galaksija ne djeluje jednako na svaku članicu. U jednoj može potaknuti priljev plina i stvaranje zvijezda, dok drugoj može poremetiti ili oduzeti zalihe iz kojih zvijezde nastaju. O sličnom problemu govori i nedavna analiza prema kojoj sudari galaksija sami po sebi ne moraju ugasiti stvaranje zvijezda. Ishod ovisi o plinu, masi galaksije, crnoj rupi u njezinu središtu i fazi samog sudara.
Šest galaksija vjerojatno neće dugo ostati odvojene
Šest galaksija zajedno sadrži oko 12 milijardi Sunčevih masa u zvijezdama, mnogo manje od Mliječne staze. Međutim, zbijene su u vrlo malom prostoru i već snažno gravitacijski djeluju jedna na drugu. Usporedba sa sličnim sustavima u simulaciji EAGLE pokazuje da bi se za približno 400 milijuna godina mogle spojiti u jednu masivnu galaksiju.
Sve članice nalaze se u vrlo skučenom prostoru, a njihove se brzine duž našeg smjera promatranja razlikuju za više od 1.000 kilometara u sekundi. To je nemiran sustav u kojem galaksije prolaze blizu jedna drugoj i gravitacijski mijenjaju svoje susjede. Moguće je da ih na okupu drži zajednička struktura tamne tvari, ali njegovu je masu teško pouzdano izračunati na temelju gibanja samo šest galaksija.
Webb nam pritom pokazuje samo jedan trenutak u njihovu razvoju. Iz snimki se ne može izravno zaključiti hoće li se sve članice spojiti ni koliko bi taj proces trajao. Autori su zato u simulaciji EAGLE potražili mlade skupine slične mase i gustoće. U tim se primjerima galaksije spajaju u jedan sustav tijekom sljedećih približno 400 milijuna godina.
Time njihov rast ne završava. Nova galaksija nastavlja privlačiti plin i manje galaksije iz svoje okoline te tijekom sljedećih nekoliko milijardi godina može dosegnuti više od 100 milijardi Sunčevih masa u zvijezdama. Ako se SCGG-z5 bude razvijao na sličan način, u njegovu bi središtu mogla nastati najveća i najsjajnija galaksija budućeg jata.
Sličan sustav Webb je već pronašao samo 800 milijuna godina nakon Velikog praska, gdje se pet galaksija nalazi u procesu približavanja i međusobnog djelovanja. SCGG-z5 pokazuje da su se takva gusto naseljena galaktička središta nastavila oblikovati i nekoliko stotina milijuna godina poslije.
Webbov NIRSpec mogao bi otkriti kako se plin giba između galaksija, dok ALMA može pronaći njihove zalihe hladnog plina. Tek će takva mjerenja pokazati hrane li bliski susreti stvaranje novih zvijezda i pripremaju li šest odvojenih galaksija za konačno spajanje.
