Webb otkrio jednu od prvih galaksija u svemiru

Svemirski teleskop James Webb otkrio je vrlo slabu galaksiju čija je svjetlost krenula prema nama prije oko 13 milijardi godina. Galaksija LAP1-B potječe iz razdoblja kada je svemir bio star samo oko 800 milijuna godina, a njezin kemijski sastav mogao bi čuvati trag najranijih zvijezda u kozmičkoj povijesti.

Pogled u svemir prije 13 milijardi godina

LAP1-B nije velika ni sjajna galaksija koju bi teleskop lako izdvojio u dubokom svemiru. Riječ je o malom i iznimno slabom objektu, toliko udaljenom da bi bez pomoći prirodnog kozmičkog povećala vjerojatno ostao izvan Webbova dosega.

Svjetlost te galaksije putovala je do nas oko 13 milijardi godina. Astronomi je zato ne vide kakva je danas, nego kakva je bila u ranom svemiru, samo oko 800 milijuna godina nakon Velikog praska.

To je razdoblje u kojem se svemir već počeo oslobađati svoje najranije tame, ali još nije nalikovao današnjem kozmosu. Velike galaksije tek su nastajale, plin je bio kemijski siromašan, a prve generacije zvijezda počele su mijenjati njegov sastav.

U radu objavljenom u časopisu Nature, međunarodni tim koji vodi Kimihiko Nakajima sa Sveučilišta Kanazawa u Japanu opisuje LAP1-B kao rijedak pogled u tu ranu fazu nastanka galaksija. Autori je nazivaju “fosilom u nastajanju”, mogućim dalekim pretkom vrlo slabih patuljastih galaksija kakve danas nalazimo u bliskom svemiru.

Kozmičko povećalo otkrilo objekt koji bi inače nestao u tami

Presudnu ulogu u otkriću nije imao samo Webb. Pomogla je i gravitacija velikog skupa galaksija koji se nalazi između nas i LAP1-B.

Masa tog skupa savija prostor i pojačava svjetlost udaljenih objekata u pozadini. Taj je učinak poznat kao gravitacijska leća, a u ovom je slučaju svjetlost LAP1-B pojačana približno stotinu puta.

Bez tog prirodnog povećanja, galaksija bi vjerojatno bila preslaba za detaljnu analizu. Webb je zahvaljujući tom učinku mogao prikupiti dovoljno svjetlosti da istraživači ne vide samo udaljenu mrlju, nego iz njezina spektra dobiju podatke o plinu i kemijskom sastavu.

Analiza je pokazala da najveći dio zračenja ne dolazi iz samih zvijezda, nego iz užarenih oblaka plina. Upravo je taj plin otkrio koliko je LAP1-B neobična.

Galaksija gotovo bez težih elemenata

Spektar LAP1-B pokazuje da galaksija sadrži iznimno malo težih elemenata. Udio kisika u njezinu plinu oko 240 puta je manji nego u Suncu.

To je jedan od najvažnijih tragova u cijelom otkriću.

Rani svemir bio je gotovo potpuno sastavljen od vodika i helija. Teži elementi, poput ugljika, kisika i željeza, nastajali su kasnije u zvijezdama i njihovim eksplozijama. Što je neka galaksija kemijski siromašnija, to je bliža vremenu prije nego što su brojne generacije zvijezda obogatile svemir novim elementima.

LAP1-B zato nije samo daleka galaksija. Ona izgleda kao sustav u kojem je zvjezdana kemija tek počela ostavljati trag. Njezin plin nije prošao kroz dugu povijest stvaranja i umiranja zvijezda, kao što se dogodilo u većim i razvijenijim galaksijama.

Zbog toga astronomima pruža rijetku priliku za proučavanje svemira u trenutku kada su prve zvijezde počele mijenjati početni kemijski sastav kozmičkog plina.

Mogući kemijski trag prvih zvijezda

Najzanimljiviji dio analize krije se u zračenju plina. LAP1-B pokazuje snažno ionizirajuće zračenje i neuobičajeno visok omjer ugljika i kisika.

To je važno zato što se takav kemijski potpis uklapa u modele prvih zvjezdanih eksplozija u povijesti svemira. Riječ je o zvijezdama Populacije III, prvoj generaciji zvijezda koja je trebala nastati iz gotovo čistog vodika i helija.

Te zvijezde još nisu izravno opažene. Prema teorijskim modelima, bile su vrlo masivne, iznimno vruće i kratkog života. Kada su eksplodirale, u okolni su prostor izbacile prve teže elemente i počele mijenjati kemijski sastav ranih galaksija.

LAP1-B ne dokazuje da su znanstvenici izravno vidjeli zvijezde Populacije III. Takav bi zaključak bio preuranjen. No njezin kemijski sastav i zračenje odgovaraju očekivanom tragu najranijih zvjezdanih generacija.

Zato je ovo otkriće posebno vrijedno. Webb nije samo pronašao još jednu udaljenu galaksiju. Pronašao je sustav čiji plin možda nosi zapis iz vremena kada su prve zvijezde počele stvarati elemente od kojih će se mnogo kasnije oblikovati planeti, stijene, oceani i život.

Mala galaksija u velikom oblaku tamne tvari

Istraživači su proučili i gibanje plina u LAP1-B. Ta su mjerenja pokazala da vidljiva materija nije dovoljna da objasni kako se galaksija drži na okupu. Prema njihovoj analizi, LAP1-B se nalazi u znatno masivnijem oblaku nevidljive tamne tvari.

To se dobro uklapa u današnju sliku ranog svemira. Tamna tvar stvarala je gravitacijske nakupine u kojima se plin mogao skupljati, hladiti i postupno stvarati prve zvijezde. Male galaksije poput LAP1-B vjerojatno su nastajale upravo u takvim područjima.

Zbog toga je LAP1-B važna i izvan potrage za prvim zvijezdama. Ona pokazuje kako su se u ranom svemiru povezivali plin, zvjezdano zračenje i tamna tvar, tri sastavna dijela od kojih su nastajale prve galaksije.

Webbove opservacije prikazuju LAP1-B u jednoj od najranijih faza razvoja galaksija. Plin je još bio kemijski siromašan, prve zvijezde tek su počinjale obogaćivati okolinu težim elementima, a male nakupine tvari postupno su se razvijale u prve galaktičke sustave.

LAP1-B je zato rijedak pogled u vrijeme kada se svemir tek počeo pretvarati u mjesto ispunjeno galaksijama. Dovoljno je daleka da pripada kozmičkom “djetinjstvu”, ali dovoljno jasna da u njezinu svjetlu astronomi mogu tražiti trag najranijih zvijezda.

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.