Zahvaljujući dosad nezabilježenim mogućnostima svemirskog teleskopa James Webb, koji predstavlja zajednički projekt NASA-e, ESA-e i CSA-e, međunarodni tim znanstvenika uspio je dobiti prve spektroskopske uvide u najslabije galaksije tijekom prve milijarde godina postojanja svemira. Ova otkrića, objavljena u časopisu Nature, pružaju odgovore na dugogodišnje pitanje koje je mučilo astronome: Koji su izvori izazvali reionizaciju svemira? Novi rezultati efektivno pokazuju da su male patuljaste galaksije vjerojatni izvori ogromne količine energičnog zračenja, i stoga zaslužne za reionizaciju ranog svemira.
Istraživanje evolucije svemira u njegovoj ranoj fazi predstavlja ključni segment moderne astronomije. Još uvijek postoji mnogo nepoznanica o periodu u ranom svemiru poznatom kao doba reionizacije – mračnog doba.
Što je doba reionizacije?
To je bilo razdoblje potpune tame, bez zvijezda ili galaksija, ispunjeno gustim oblakom vodikovog plina, sve dok prve zvijezde nisu ionizirale okolni plin, omogućavajući svjetlosti da se proširi. Astronomi su desetljećima nastojali identificirati izvore zračenja dovoljno moćnog da postupno rastjeraju ovaj oblak vodika koji je prekrivao rani svemir.
Program Ultradeep NIRSpec i NIRCam Observations before the Epoch of Reionization (UNCOVER), pod brojem (#2561), obuhvaća kako vizualne tako i spektroskopske opservacije zvjezdanog skupa Abell 2744. Međunarodni tim astronoma koristio je fenomen gravitacijskog leća ove mete, poznate kao Pandorin skup, kako bi istražio izvore doba reionizacije svemira. Gravitacijska leća dramatično povećava i iskrivljuje izgled udaljenih galaksija, čineći ih vidno različitima u odnosu na one bliže nama. Ovaj fenomen se javlja kada je galaktički skup, djelujući kao ‘leća’, toliko masivan da deformira prostor oko sebe, utječući tako i na svjetlost koja prolazi kroz taj iskrivljeni prostor, dajući joj distorziran izgled.
Zahvaljujući efektu povećanja, znanstveni tim je mogao proučavati izuzetno udaljene izvore svjetlosti koji se nalaze izvan područja Abell 2744, otkrivajući time osam iznimno slabih galaksija koje bi inače ostale nezapažene, čak i za sofisticirane instrumente kao što je Webb. Istraživanja su pokazala da ove slabe galaksije proizvode ionizirajuće zračenje u količinama koje su četverostruko veće od prethodno pretpostavljenih. To upućuje na zaključak da je većina fotona, ključnih za proces reionizacije svemira, vjerojatno potekla upravo iz ovih patuljastih galaksija.
Uloga ultra-slabih galaksija
“Ovo otkriće rasvjetljava ključnu ulogu ultra-slabih galaksija u evoluciji svemira u njegovoj najranijoj fazi,” prokomentirala je članica tima Iryna Chemerynska s Instituta za astrofiziku u Parizu, u Francuskoj. “Ove galaksije generiraju ionizirajuće fotone koji pretvaraju neutralni vodik u ioniziranu plazmu tijekom procesa kozmičke reionizacije, što ukazuje na značajan doprinos galaksija niske mase u oblikovanju povijesti svemira.”
“Unatoč svojim skromnim dimenzijama, ove galaksije niske mase su izuzetno plodni proizvođači energičnog zračenja. Njihova brojnost u tom povijesnom periodu bila je toliko izražena da je njihov zajednički učinak bio sposoban transformirati cjelokupno stanje svemira,” izjavio je voditelj tima Hakim Atek, s Instituta za astrofiziku u Parizu.
Da bi se došlo do ovih zaključaka, tim je prvo integrirao ultra-duboke fotografije Webba s dodatnim slikama Abell 2744 dobivenim Hubble svemirskim teleskopom, što je omogućilo selekciju izuzetno slabih kandidata galaksija iz epohe reionizacije. Nakon toga, uslijedila je spektroskopija pomoću Webb’s Near-InfraRed Spectrograph (NIRSpec) instrumenta, koristeći njegov Multi-Shutter Assembly za dobivanje spektroskopije više objekata istovremeno.
Gustoća slabih galaksija
Ovo je prvi put da su znanstvenici precizno izmjerili gustoću ovih slabih galaksija, potvrđujući njihovu brojnost kao najzastupljeniju populaciju tijekom epohe reionizacije. Također, po prvi puta je mjerena ionizacijska moć ovih galaksija, što je astronomima omogućilo da zaključe kako one proizvode dovoljno energičnog zračenja za ionizaciju rane faze svemira.
“Nevjerojatna osjetljivost NIRSpec-a, u sinergiji s gravitacijskim pojačanjem koje pruža Abell 2744, omogućila nam je detaljno identificiranje i proučavanje ovih galaksija iz prvih milijardu godina postojanja svemira, unatoč činjenici da su one preko stotinu puta slabije od naše Mliječne Staze,” zaključio je Atek.
GLIMPSE
U sklopu nadolazećeg Webb promatračkog programa, nazvanog GLIMPSE, znanstvenici će provesti najdublje opservacije dosad zabilježene. Fokusirajući se na još jedan galaktički skup, Abell S1063, cilj je identificirati još slabije galaksije iz epohe reionizacije kako bi se utvrdilo predstavlja li ova populacija reprezentativan uzorak za distribuciju galaksija na većoj skali.
S obzirom da su ovi novi rezultati bazirani na opservacijama iz jednog polja, tim ističe da ionizacijska svojstva slabih galaksija mogu varirati ukoliko se nalaze u gusto naseljenim regijama. Stoga će dodatne opservacije u nezavisnom polju pružiti dodatne uvide koji će pomoći u potvrđivanju ovih zaključaka.
Opservacije GLIMPSE-a će također omogućiti astronomima da istraže razdoblje poznato kao Kozmička Zora, kada je svemir bio tek nekoliko milijuna godina star, produbljujući naše razumijevanje o nastanku prvih galaksija.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
