Tajemnicza starożytna galaktyka odkryta przez Teleskop Webba

Astronomowie twierdzą, że nasze rozumienie tego, jak tworzą się galaktyki i jaka jest natura ciemnej materii, może zostać całkowicie zmienione po nowych obserwacjach populacji gwiazd większej niż Droga Mleczna. Starożytna galaktyka sprzed ponad 11 miliardów lat, nie powinna istnieć.

Wyniki najnowszego badania wskazują, że masywna starożytna galaktyka zaobserwowana we wczesnym Wszechświecie, 11,5 miliarda lat temu (z przesunięciem ku czerwieni wynoszącym 3,2), posiada niezwykle starą populację gwiazd powstałą 1,5 miliarda lat wcześniej (z przesunięciem ku czerwieni wynoszącym 11). Zdaniem badaczy obserwacja ta podważa obecne modele kosmologiczne, ponieważ nie możliwe było zgromadzenie wystarczającej ilości ciemnej materii w wystarczających stężeniach, aby możliwe było rozpoczęcie jej formowania. Badanie zostało opisane w czasopiśmie Nature.

Profesor Karl Glazebrook z Swinburne University of Technology wraz z zespołem badawczym, wykorzystał Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) do obserwacji spektroskopowych tej masywnej galaktyki w stanie spoczynku.

„Ścigaliśmy tę konkretną galaktykę przez siedem lat i spędziliśmy wiele godzin obserwując ją za pomocą dwóch największych teleskopów na Ziemi, aby dowiedzieć się, ile ma lat. Ale była zbyt czerwona i zbyt słaba i nie mogliśmy jej zmierzyć. W końcu musieliśmy opuścić Ziemię i użyć JWST, aby potwierdzić jej naturę” – tłumaczy badacz.

Zdaniem astronomów, formowanie się galaktyk jest fundamentalnym paradygmatem leżącym u podstaw współczesnej astrofizyki i przewiduje silny spadek liczby masywnych galaktyk we wczesnym czasie kosmicznym. Niezwykle masywne galaktyki w stanie spoczynku zaobserwowano już od jednego do dwóch miliardów lat po Wielkim Wybuchu, co stanowi wyzwanie dla wcześniejszych modeli teoretycznych.

Profesor Glazebrook współpracował z czołowymi naukowcami z całego świata, w tym z dr Themiyą Nanayakkarą, dr Lalitwadee Kawinwanichakij, dr Colinem Jacobsem, dr Harrym Chittendenem, profesorem nadzwyczajnym Glennem G Kacprzakiem i profesorem nadzwyczajnym Ivo Labbe z Centrum Astrofizyki i Superkomputerów Swinburne.

„Przeglądy nieba w podczerwieni, rozpoczęliśmy w 2010 roku, doprowadziły nas one do zidentyfikowania tej galaktyki jako niezwykłej, poprzez wiele godzin spędzonych na teleskopach Keck i Very Large Telescope, gdzie próbowaliśmy, ale nie udało nam się jej potwierdzić, aż do ostatniego roku, który spędziliśmy zastanawiając się, jak przetworzyć dane JWST i przeanalizować to widmo” – mówi profesor Glazebrook.

„Wykraczamy teraz poza to, co było możliwe, aby potwierdzić istnienie najstarszych masywnych, spokojnych gigantów, obecnych głęboko we Wszechświecie. Przesuwa to granice naszego obecnego rozumienia tego, jak galaktyki tworzą się i ewoluują. Kluczowym pytaniem jest teraz to, w jaki sposób tworzą się one tak szybko na bardzo wczesnym etapie istnienia Wszechświata i jakie tajemnicze mechanizmy prowadzą do tego, że przestają one tworzyć gwiazdy nagle, gdy reszta Wszechświata wciąż to robi” – stwierdza dr Themiya Nanayakkara, który kierował analizą widmową danych z JWST.

„Formowanie się galaktyk jest w dużej mierze podyktowane tym, jak koncentruje się ciemna materia. Obecność tych niezwykle masywnych galaktyk tak wcześnie we Wszechświecie stanowi poważne wyzwanie dla naszego standardowego modelu kosmologii. Wynika to z faktu, że nie sądzimy, aby tak masywne struktury ciemnej materii, które są gospodarzami tych masywnych galaktyk, miały czas na uformowanie się. Potrzeba więcej obserwacji, aby zrozumieć, jak powszechne mogą być te skupiska gwiazd, aby zrozumieć, jak naprawdę masywne są te galaktyki” – podsumowuje profesor Claudia Lagos z Uniwersytetu Australii Zachodniej w Międzynarodowym Centrum Badań Radioastronomicznych (ICRAR), która pomogła w opracowaniu teoretycznego modelowania ewolucji koncentracji ciemnej materii.

Glazebrook ma nadzieję, że może to być nowe otwarcie dla lepszego zrozumienia fizyki ciemnej materii: „JWST znajduje coraz więcej dowodów na to, że masywne galaktyki formują się wcześnie. Chociaż odkrycie jest bardzo uderzające, jest to tylko jedna starożytna galaktyka. Mamy jednak nadzieję, że znajdziemy ich więcej, a jeśli tak się stanie, naprawdę zachwieje to naszymi wyobrażeniami o formowaniu się galaktyk”.

Emil Gołoś