Svemirski teleskop James Webb pronašao je rane galaksije koje u ultraljubičastom svjetlu izgledaju sjajnije nego što su modeli predviđali. Novo istraživanje nudi objašnjenje koje ne traži neobično brzu proizvodnju zvijezda ni skrivene crne rupe, nego drukčiju vrstu prašine nastalu u eksplozijama supernova. Ako se pokaže točnim, taj bi trag mogao voditi do vremena kada su prve masivne zvijezde počele mijenjati kemijski sastav svemira.
Webb je u ranim galaksijama pronašao previše ultraljubičastog svjetla
Jedno od prvih velikih iznenađenja teleskopa James Webb bilo je to što najranije galaksije nisu uvijek izgledale onako kako su astronomi očekivali. Dio njih, nastao manje od 550 milijuna godina nakon Velikog praska, u ultraljubičastom dijelu spektra sjaji snažnije nego što su predviđali modeli ranog svemira.
To nije samo pitanje dojma na snimkama. Ultraljubičasto svjetlo dolazi od mladih, masivnih zvijezda, ali u galaksijama ga obično djelomično zaustavljaju plin i prašina. Što je više sitne prašine koja učinkovito upija i raspršuje svjetlost, to galaksija izgleda tamnije.
Kod dijela najranijih galaksija Webb vidi drukčiju sliku. Njihovo ultraljubičasto zračenje stiže do nas snažnije nego što bi se očekivalo ako ga u samim galaksijama znatno prigušuju plin i prašina. Zbog toga su se pojavila različita objašnjenja: nagli valovi stvaranja zvijezda, neuobičajeno učinkovita područja rađanja zvijezda, mogući utjecaj crnih rupa ili pogrešna pretpostavka o tome kako se prašina ponašala u mladim galaksijama.
Nova studija prednost daje posljednjoj mogućnosti. Rane galaksije možda nisu bile jednostavno siromašne prašinom. Mogle su sadržavati prašinu koja ultraljubičasto svjetlo zaustavlja slabije od prašine kakvu poznajemo u razvijenijim galaksijama.
Galaksije bogate plinom ruše jednostavno objašnjenje
Najjednostavnije objašnjenje bilo bi da su mlade galaksije izgubile velik dio prašine. U ranom svemiru masivne zvijezde nastajale su brzo, živjele kratko i završavale kao supernove. Njihovo snažno zračenje, zvjezdani vjetrovi i eksplozije mogli su poremetiti okolni plin i iz galaksija ukloniti dio sitnih čestica koje inače prigušuju ultraljubičasto svjetlo.
No opservacije ne podupiru tako jednostavnu sliku. Webb i ALMA otkrili su populaciju galaksija u kojima je prigušenje ultraljubičastog svjetla vrlo slabo, iako u njima ima mnogo plina. U nekima od njih plin čini više od 90 posto mase dostupne za stvaranje novih zvijezda. Takvi se objekti u literaturi nazivaju GELDA galaksijama, prema engleskom izrazu za galaksije s iznimno slabim prigušenjem prašinom.
To bitno mijenja tumačenje. Ako su procesi u tim galaksijama bili dovoljno snažni da uklone prašinu, teško je objasniti zašto su zadržale tako velike zalihe plina. Zato se nameće drukčija mogućnost: prašina je možda bila prisutna, ali nije imala ista svojstva kao prašina u kasnijim, kemijski razvijenijim galaksijama.
Zagonetka zato možda nije u samoj količini prašine, nego u njezinoj sposobnosti da zaustavi ultraljubičasto svjetlo.
Prašina iz supernova možda je propuštala više svjetla
U današnjim galaksijama velik dio prašine nastaje postupno. Sitna zrna u međuzvjezdanom prostoru skupljaju teže elemente i rastu tijekom dugih razdoblja. Za taj proces potrebno je vrijeme, više generacija zvijezda i dovoljno kemijski obogaćenog plina.
U prvim stotinama milijuna godina svemira takvi uvjeti još nisu bili uobičajeni. Najbrži izvor prašine bile su masivne zvijezde koje su kratko živjele i eksplodirale kao supernove. Te su eksplozije u okolni prostor izbacivale teže elemente i stvarale prve veće količine kozmičke prašine.
No prašina iz supernova ne nastaje u mirnim uvjetima. Nakon eksplozije kroz izbačeni materijal prolazi povratni udarni val, koji može uništiti dio sitnijih zrna i promijeniti sastav preostale prašine. Preživljavaju uglavnom veća zrna, a ona drukčije djeluju na svjetlost. U takvom obliku prašina može slabije prigušivati ultraljubičasto zračenje.
Tu je središte novog objašnjenja. Galaksije koje Webb vidi kao neočekivano sjajne možda nisu morale stvarati zvijezde na posve neobičan način. Njihovo ultraljubičasto svjetlo možda je do nas stiglo kroz prašinu koja je bila manje učinkovita u prigušivanju nego što su astronomi ranije pretpostavljali.
Tim koji vodi D. Burgarella iz Laboratoire d’Astrophysique de Marseille razvio je model koji povezuje optička svojstva prašine nastale u supernovama, metalnost galaksije te raspored zvijezda, plina i prašnjavih područja. Kada su takav okvir primijenili na simulirane populacije ranih galaksija, rezultat je bio bliži Webbovim opservacijama: više galaksija sjajnih u ultraljubičastom svjetlu i više objekata u kojima je prigušenje prašinom vrlo slabo
Trag prvih zvijezda možda je zapisan u najranijoj prašini
Model predviđa važan prijelaz u razvoju galaksija. U razdoblju vrlo niske metalnosti prašinu bi uglavnom stvarale supernove, pa bi ona slabije prigušivala ultraljubičasto svjetlo. Kada bi galaksija dosegla približno jednu desetinu Sunčeve metalnosti, rast zrna u međuzvjezdanom plinu postajao bi sve važniji, a prašina bi učinkovitije zaustavljala svjetlost mladih zvijezda.
Webb bi zato mogao promatrati galaksije upravo u fazi u kojoj se taj prijelaz počinje uspostavljati. Takvo tumačenje objašnjava zašto su galaksije s vrlo slabim prigušenjem česte u najranijem svemiru, dok su u današnjem svemiru mnogo rjeđe.
Najzanimljiviji trag dolazi iz najprimitivnijih galaksija u uzorku. Njihova prašina mogla bi potjecati od zvijezda populacije III, prve generacije zvijezda u svemiru. Te su zvijezde nastale iz gotovo čistog vodika i helija, prije nego što su prve supernove počele obogaćivati svemir težim elementima.
Zvijezde populacije III još nisu izravno opažene. No ako su njihove eksplozije stvarale velika zrna prašine koja slabo prigušuju ultraljubičasto svjetlo, njihov bi se trag mogao sačuvati u najranijim galaksijama. Ne kao izravna slika prve zvijezde, nego kao kemijski i optički potpis u svjetlosti koja prolazi kroz galaktičku prašinu.
Autori zato ostaju oprezni. Novi znanstveni rad još treba proći neovisnu znanstvenu provjeru, a svojstva prašine iz ranih supernova nisu dovoljno poznata. Dodatne opservacije Webbovim infracrvenim instrumentima i radioteleskopom ALMA trebale bi pokazati može li ovaj scenarij doista objasniti jednu od najvećih Webbovih zagonetki.
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.
Izvori i publikacija
D. Burgarella et al, Stardust Galaxies at z>9: A Dust-Origin Transition Behind the Excess of UV-Bright Galaxies
DOI: 10.48550/arxiv.2605.09829
Časopis / izvor: arXiv
