Webb je u galaksiji iz ranog svemira pronašao strukturu koju astronomi nisu očekivali

Svemirski teleskop James Webb zavirio je kroz prašinu jedne od najekstremnijih galaksija ranog svemira i otkrio strukturu koja ondje, prema dosadašnjim očekivanjima, nije trebala postojati. U galaksiji GN20, opaženoj kakva je bila oko 1,5 milijardi godina nakon Velikog praska, pronađena je golema zvjezdana prečka duga oko 7 kiloparseka.

Takve prečke danas su česte u galaksijama, pa i u Mliječnoj stazi. No smatralo se da im za nastanak trebaju milijarde godina, a GN20 je bila mlada, masivna i iznimno bogata plinom. Upravo su takvi uvjeti trebali otežati ili odgoditi nastanak stabilne galaktičke prečke.

Galaktička prečka koja je nastala prerano

Zvjezdana prečka izdužena je struktura zvijezda koja prolazi kroz središnji dio galaksije. Ona se ponaša kao veliki gravitacijski kanal: dok se okreće, može usmjeravati plin prema središtu galaksije, potaknuti snažno stvaranje zvijezda, hraniti središnju crnu rupu i ubrzati izgradnju guste jezgre.

U obližnjem svemiru takve strukture nisu rijetkost. Naša galaksija također ima prečku. Problem je bio u vremenu. Modeli razvoja galaksija dugo su upućivali na to da se prečke stvaraju postupno, u zrelijim galaktičkim diskovima, nakon što se sustav dovoljno smiri.

Rani svemir nije trebao biti dobro mjesto za takve strukture. Mlade galaksije bile su bogate plinom, burne i nestabilne. Plin je trebao usporiti nastanak prečke ili je učiniti kratkotrajnijom. GN20 sada pokazuje da je priroda našla put oko tih ograničenja.

GN20 je bila skrivena u prašini, ali Webb je vidio njezinu unutrašnjost

GN20 je masivna, prašnjava galaksija na crvenom pomaku z = 4.055. Njezina je svjetlost do nas putovala iz razdoblja kada je svemir bio star tek oko 1,5 milijardi godina. Galaksija je udaljena, blijeda i snažno zaklonjena prašinom, zbog čega je njezinu unutarnju građu dugo bilo teško odrediti.

Webbovi instrumenti MIRI i NIRCam promijenili su sliku. Promatranjem u infracrvenom području uspjeli su probiti prašinu i pratiti raspored starijih zvijezda u galaksiji. Upravo se u tom svjetlu pojavila izdužena struktura kroz središnji dio GN20.

Istraživački tim, koji je vodio Leindert A. Boogaard sa Sveučilišta Leiden, analizirao je kako se svjetlost galaksije mijenja od središta prema vanjskim dijelovima. Takva analiza pokazala je jasan potpis prečke, duge oko 7 kiloparseka od jednog kraja do drugog. Neovisna matematička analiza rasporeda svjetlosti dala je isti zaključak.

Dodatnu potvrdu dao je NOEMA, NOrthern Extended Millimeter Array, koji je mapirao prašinu u GN20. Struktura vidljiva u prašini poravnata je sa zvjezdanom prečkom koju je otkrio Webb. To smanjuje mogućnost da je riječ o slučajnom obliku ili prividu nastalom zbog zaklonjenosti prašinom.

Tri razloga zbog kojih ta prečka nije trebala opstati

Otkriće se ne uklapa lako u dosadašnja očekivanja o razvoju ranih galaksija. Prema teorijskim modelima, struktura poput one u GN20 morala je svladati najmanje tri prepreke.

Prva je sama snaga prečke. U simulacijama se vrlo izražene prečke u mladim i nestabilnim galaksijama mogu brzo raspasti zbog vlastite gravitacijske dinamike. Druga je vrijeme: strukturi dugoj 7 kiloparseka obično bi trebale milijarde godina da se razvije. Treća je plin. GN20 je iznimno bogata plinom, a velika količina plina u disku trebala je otežati ili odgoditi nastanak stabilne prečke.

Autori rada smatraju da isti čimbenik može objasniti kako su te prepreke svladane: vrlo turbulentan plin u unutarnjem disku galaksije, uz visok udio plina u cijelom sustavu. Umjesto da spriječi nastanak prečke, takav je plin u GN20 možda pomogao stvoriti uvjete u kojima se prečka mogla oblikovati i opstati.

Istraživači pritom naglašavaju da dio mjerenja još nije konačan. Procjena zvjezdane mase u području prečke i jezgre otežana je zbog velike količine prašine, a za preciznije vrijednosti bit će potrebni bolji podaci. No temeljni zaključak ostaje isti: GN20 je galaksija bogata plinom, a njezina zvjezdana prečka je stvarna

Prečka koja usmjerava plin prema središtu galaksije

Webb i NOEMA nisu otkrili samo oblik galaksije, nego i područja u kojima se zvijezde stvaraju najžešćim tempom. Na južnoj strani GN20, ondje gdje se prečka spaja s vanjskim diskom, plin se nakuplja i stvara izrazito aktivno područje stvaranja zvijezda.

U središtu galaksije prečka ima još važniju ulogu. Ona usmjerava materijal prema jezgri, gdje može pokrenuti snažan središnji zvjezdani prasak i možda hraniti aktivnu supermasivnu crnu rupu. To bi moglo objasniti zašto GN20 stvara zvijezde iznimno velikom brzinom, većom od 1000 Sunčevih masa godišnje.

Zbog toga GN20 nije samo neobičan primjer iz ranog svemira. Ako su prečke u mladim, prašnjavim i plinom bogatim galaksijama mogle brzo gurati materijal prema središtu, tada su mogle ubrzati i vlastiti kraj stvaranja zvijezda. Galaksija bi u kratkom razdoblju potrošila golemi dio plina, a zatim ostala bez materijala iz kojeg nastaju nove zvijezde.

Takav razvoj mogao bi objasniti kako su neke masivne eliptične galaksije u današnjem svemiru prestale stvarati zvijezde mnogo ranije nego što se očekivalo. GN20 pokazuje jedan mogući put: rana galaksija najprije brzo izgradi gusto središte, potroši plin, a zatim prijeđe u mirniju fazu dok je svemir još vrlo mlad.

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.