Išsamūs vienos iš pirmųjų galaktikų vaizdai rodo, kad ankstyvojoje visatoje augimas buvo daug greitesnis, nei manyta iš pradžių.

Astronomai šiuo metu mėgaujasi vaisingu atradimų periodu, tyrinėdami daugelį ankstyvosios visatos paslapčių.

Sėkmingas Jameso Webbo kosminio teleskopo (JWST), NASA Hablo kosminio teleskopo įpėdinio, paleidimas išplėtė mūsų matomų galimybių ribas.

Dabar stebimi pirmieji 500 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, kai visata buvo mažesnė nei penki procentai savo dabartinio amžiaus. Žmonėms šis laikas tvirtai perkels visatą į mažylio stadiją.

Tačiau mūsų stebimos galaktikos tikrai nėra infantilios, nes nauji stebėjimai atskleidžia galaktikas, kurios yra masyvesnės ir brandesnės, nei buvo tikėtasi tokiais ankstyvaisiais laikais, o tai padeda perrašyti mūsų supratimą apie galaktikų formavimąsi ir evoliuciją.

Mūsų tarptautinė tyrimų grupė neseniai atliko precedento neturinčius išsamius vienos iš seniausių žinomų galaktikų – pavadintos Gz9p3, dabar paskelbtos Gamtos astronomija.

Jo pavadinimas kilęs iš Stiklo bendradarbiavimas (mūsų tarptautinės tyrimų grupės pavadinimas) ir tai, kad galaktikos raudonasis poslinkis yra z=9,3, kur raudonasis poslinkis yra vienas iš būdų apibūdinti atstumą iki objekto – taigi G ir z9p3.

Gz9p3, ryškiausia susiliejusi galaktika, žinoma per pirmuosius 500 milijonų visatos metų (stebėta Jameso Webb kosminiu teleskopu). Kairėje: tiesioginis vaizdas rodo dvigubą branduolį centriniame regione. Dešinėje: lengvo skerspjūvio ypatybės atskleidžia pailgą, sulipusią struktūrą, susidariusią dėl susiliejančių galaktikų. Autorius: NASA

Vos prieš dvejus metus Gz9p3 pasirodė kaip vienas šviesos taškas Hablo kosminis teleskopas. Tačiau naudojant James Webb kosminis teleskopas Šį objektą galime stebėti tokį, koks jis buvo po 510 milijonų metų didysis sprogimasmaždaug prieš 13 milijardų metų.

Mes nustatėme, kad Gz9p3 buvo masyvesnis ir brandesnis, nei tikėtasi tokiai jaunai visatai, ir iš tikrųjų jame buvo keli milijardai žvaigždžių.

Iki šiol tai buvo masyviausias objektas, patvirtintas nuo to laiko, ir buvo apskaičiuota, kad jis yra dešimt kartų didesnis nei bet kuri kita galaktika, atrasta ankstyvojoje visatoje.

Kartu šie rezultatai rodo, kad tam, kad galaktika pasiektų tokį dydį, žvaigždės turėjo vystytis greičiau ir efektyviau, nei mes iš pradžių manėme.

Tolimiausių ankstyvosios visatos galaktikų susijungimas

Gz9p3 yra ne tik masyvus, bet ir jo sudėtinga forma iš karto identifikuoja jį kaip vieną iš seniausių kada nors matytų galaktikų susijungimų.

JWST galaktikos vaizdas rodo morfologiją, paprastai susijusią su dviem sąveikaujančiomis galaktikomis. Susijungimas nebaigtas, nes vis dar matome du komponentus.

Kai du masyvūs objektai taip susilieja, jie atsikrato kai kurių medžiagų. Taigi, ši išmesta medžiaga rodo, kad tai, ką mes pastebėjome, yra vienas iš labiausiai nutolusių susijungimų.

James Webb teleskopas – didžiausias ir galingiausias tokio tipo instrumentas, kada nors paleistas į kosmosą – naudoja 6,5 ​​metro pirminį veidrodį, sudarytą iš 18 šešiakampių veidrodžių, padengtų aukso sluoksniu, kad būtų galima gauti vienus seniausių visatos vaizdų. Vaizdo kreditas: NASA GSFC / CIL / Adriana Manrique Gutierrez

Toliau mūsų tyrimas gilinosi, kad apibūdintų žvaigždžių spiečius, sudarančius besijungiančias galaktikas. Naudodami JWST galėjome ištirti Galaktikos spektrasskaido šviesą taip pat, kaip prizmė baltą šviesą skaido į vaivorykštę.

Naudojant vien vaizdavimą, dauguma šių labai tolimų objektų tyrimų rodo tik labai jaunas žvaigždes, nes jaunesnės žvaigždės yra ryškesnės, todėl jų šviesa dominuoja vaizdo duomenims.

Pavyzdžiui, ryški jauna populiacija, sukurta galaktikų susijungimo metu, mažiau nei kelių milijonų metų, lenkia senesnę populiaciją, kuriai jau daugiau nei 100 milijonų metų.

naudojant Spektrinės analizės technika Galime pateikti tokius išsamius stebėjimus, kad būtų galima atskirti dvi grupes.

Nauji ankstyvosios visatos modeliai

Tokios didelės senesnės populiacijos nebūtų galima tikėtis, atsižvelgiant į tai, kaip ankstyvosios žvaigždės susiformavo, kad būtų pakankamai senos šiuo kosminiu laiku. Spektroskopija yra tokia išsami, kad galime pamatyti subtilius senovės žvaigždžių bruožus, kurie mums sako, kad ten yra daugiau, nei manote.

Specifiniai spektre aptikti elementai (įskaitant silicį, anglį ir geležį) atskleidžia, kad ši senesnė populiacija turi egzistuoti, kad galaktiką praturtintų cheminių medžiagų gausa.

Stebina ne tik galaktikų dydis, bet ir greitis, kuriuo jos išaugo iki šios chemiškai subrendusios būsenos.

Šie stebėjimai įrodo greitą ir efektyvų žvaigždžių ir metalų akreciją iškart po Didžiojo sprogimo, susijusio su vykstančiais galaktikų susijungimais, ir rodo, kad didžiulės galaktikos, kuriose yra daug milijardų žvaigždžių, egzistavo anksčiau nei tikėtasi.

Stebėjimai rodo greitą ir efektyvų žvaigždžių ir metalų akreciją iškart po Didžiojo sprogimo. Vaizdo kreditas: NASA, ESA, Jennifer Lutz (STScI), Matt Mountain (STScI), Anton M. Koikimore (STScI), HFF komanda (STScI)

Izoliuotos galaktikos kuria savo žvaigždžių populiacijas Vietoje Tačiau esant ribotam dujų tiekimui, tai gali būti lėtas galaktikų augimo būdas.

Sąveika tarp galaktikų gali pritraukti naujus grynų dujų srautus, tiekiant kurą, reikalingą greitam žvaigždžių formavimuisi, o susijungimai suteikia greitesnį kanalą masės didėjimui ir augimui.

Didžiausios mūsų šiuolaikinės visatos galaktikos turi susijungimų istoriją, įskaitant mūsų pačių paukščių takas Jis išaugo iki dabartinio dydžio, nuosekliai susijungus su mažesnėmis galaktikomis.

Šie Gz9p3 stebėjimai rodo, kad galaktikos sugebėjo greitai kaupti masę ankstyvojoje Visatoje susijungdamos, o žvaigždžių formavimosi efektyvumas buvo didesnis nei tikėjomės.

Šie ir kiti stebėjimai naudojant James Webb kosminį teleskopą skatina astrofizikus peržiūrėti savo ankstyvųjų visatos metų modelius.

Mūsų kosmologija nebūtinai yra klaidinga, tačiau mūsų supratimas apie tai, kaip greitai formuojasi galaktikos, gali būti klaidingas, nes jos yra daug didesnės, nei manėme.

Šios naujos išvados pateikiamos tinkamu laiku, kai artėjame prie dvejų metų moksliniams stebėjimams, atliekamiems naudojant James Webb kosminį teleskopą.

Didėjant bendram stebimų galaktikų skaičiui, ankstyvąją visatą tyrinėjantys astronomai pereina iš atradimo fazės į laikotarpį, kai turime pakankamai didelių mėginių, kad galėtume pradėti kurti ir tobulinti naujus modelius.

Dar niekada nebuvo įdomesnio laiko suprasti ankstyvosios visatos paslaptis.

Nuoroda: Kristanas Boyettas, Michele Trinti, Nisha Lithokawalit, Antonello Calabro, Benjaminas Metha, Guido Robertsas Borsani, Niccolò Dalmaso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Trio, Tuckeris Jonesas „Didžiulė sąveikaujanti galaktika 510 milijonų metų po Didžiojo sprogimo“. Alaina Henry, Charlotte A. Masonas, Takahiro Morishita, Themia Nanayakkara, Namrata Roy, Chen Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Marusha Bradac, Mattas Malkanas, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karlas Glezbrookas, Laura Pinterici. , Erosas Vanzella ir Benedetta Vulcani, 2024 m. kovo 7 d. Gamtos astronomija.
doi: 10.1038/s41550-024-02218-7

Tyrimui vadovavo dr. Kate Boyett su komanda, kurioje buvo profesoriai Michaelas Trinity ir Benjamin Mitha. Niccolò Dalmaso Taip pat iš Melburno universiteto ir ARC visų dangaus astrofizikos 3 dimensijų kompetencijos centras (ASTRO 3D). Formuojama tarptautinė tyrimų grupė 27 autoriai iš 19 institucijų Australijoje, Tailande, Italijoje, JAV, Japonijoje, Danijoje ir Kinijoje.