Telescopul Webb a găsit cea mai îndepărtată galaxie observată până acum

În ultimii doi ani, oamenii de știință au folosit Telescopul Spațial James Webb (JWST) al NASA pentru a explora ceea ce astronomii numesc Zorii Cosmici, perioada din primele câteva sute de milioane de ani după Big Bang, atunci când s-au născut primele galaxii. Astfel a fost găsită cea mai îndepărtată galaxie cunoscută.

Aceste galaxii oferă informații vitale despre modul în care gazele, stelele și găurile negre se schimbau atunci când Universul era foarte tânăr. În octombrie 2023 și ianuarie 2024, o echipă internațională de astronomi a folosit Telescopul Webb pentru a observa galaxii ca parte a programului JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Utilizând NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) al lui Webb, au obținut spectrul de la cea mai îndepărtată galaxie cunoscută, observată la doar 290 de milioane de ani după Big Bang.

Aceasta îi corespunde unei deplasări spre roșu de aproximativ 14, care este o măsurătoare a cât de mult este întinsă lumina unei galaxii de către expansiunea Universului. Stefano Carniani, de la Scuola Normale Superiore (Italia), și Kevin Hainline, de la Universitatea din Arizona din Tucson (SUA) au oferit mai multe informații despre cum a fost găsită cea mai îndepărtată galaxie cunoscută și ce ne spun proprietățile sale unice despre formarea galaxiilor.

Cum a fost găsită cea mai îndepărtată galaxie cunoscută?

„Instrumentele de pe Webb au fost proiectate pentru a găsi și înțelege cele mai timpurii galaxii, iar în primul an de observații ca parte a JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), am găsit sute de galaxii candidate din primele 650 de milioane de ani după Big Bang. La începutul anului 2023, am descoperit o galaxie în datele noastre care avea dovezi puternice că este la o deplasare spre roșu de peste 14, ceea ce a fost foarte emoționant, dar existau unele proprietăți ale sursei care ne făceau să fim precauți”, spun cercetătorii pentru Webb Space Telescope.

„Sursa era surprinzător de luminoasă, ceea ce nu ne-am fi așteptat pentru o galaxie atât de îndepărtată, și era foarte aproape de o altă galaxie, astfel încât cele două păreau a face parte dintr-un obiect mai mare. Când am observat din nou sursa în octombrie 2023, ca parte a câmpului JADES Origins, noile date de imagine obținute cu filtrele mai înguste ale NIRCam (Near-Infrared Camera) ale lui Webb indicau și mai mult ipoteza deplasării mari spre roșu. Știam că aveam nevoie de un spectru, deoarece orice am fi putut învăța ar fi fost de o importanță științifică imensă, fie ca un nou reper în investigarea Universului timpuriu de către Webb, fie ca un obiect confuz al unei galaxii de vârstă mijlocie”, continuă aceștia.

O descoperire emoționantă

„În ianuarie 2024, NIRSpec a observat această galaxie, JADES-GS-z14-0, timp de aproape zece ore, iar când spectrul a fost procesat pentru prima dată, au apărut dovezi neechivoce că galaxia era într-adevăr la o deplasare spre roșu de 14,32, spulberând recordul anterior al celei mai îndepărtate galaxii (z = 13,2 de JADES-GS-z13-0)”, spun oamenii de știință.

„Vederea acestui spectru a fost incredibil de emoționantă pentru întreaga echipă, având în vedere misterul care înconjura sursa. Această descoperire nu a fost doar un nou record de distanță pentru echipa noastră; cel mai important aspect al JADES-GS-z14-0 a fost că, la această distanță, știm că această galaxie trebuie să fie intrinsec foarte luminoasă. Din imagini, sursa ar  avea peste 1.600 de ani-lumină în diametru, demonstrând că lumina pe care o vedem provine în mare parte de la stele tinere și nu de la emisii din apropierea unei găuri negre supermasive în creștere. Această cantitate de lumină stelară implică faptul că galaxia are o masă de sute de milioane de ori mai mare decât masa Soarelui! Acest lucru aduce întrebarea: cum poate natura să creeze o galaxie atât de luminoasă, masivă și mare în mai puțin de 300 de milioane de ani?”, se întreabă ei.

Cea mai îndepărtată galaxie cunoscută a fost găsită printr-o muncă de echipă

„Datele dezvăluie și alte aspecte importante ale acestei galaxii uimitoare. Vedem că culoarea galaxiei nu este atât de albastră pe cât ar putea fi, indicând că o parte din lumină este înroșită de praf, chiar și în aceste vremuri foarte timpurii. Cercetătorul Jake Helton, de la Steward Observatory și Universitatea din Arizona, a identificat, de asemenea, că JADES-GS-z14-0 a fost detectată la lungimi de undă mai mari cu MIRI (Mid-Infrared Instrument) al lui Webb, o realizare remarcabilă având în vedere distanța sa”, spun cercetătorii.

Observația MIRI acoperă lungimi de undă ale luminii care au fost emise în gama vizibilă, care sunt deplasate spre roșu dincolo de limita instrumentelor near-infrared ale lui Webb. Analiza lui Jake indică faptul că luminozitatea sursei sugerată de observația MIRI este peste ceea ce ar fi extrapolat din măsurătorile celorlalte instrumente de pe Webb, indicând prezența unei emisii puternice de gaz ionizat în galaxie sub formă de linii de emisie strălucitoare de hidrogen și oxigen. Prezența oxigenului atât de devreme în viața acestei galaxii este o surpriză și sugerează că mai multe generații de stele foarte masive și-au trăit deja viața înainte ca noi să observăm galaxia”, relatează aceștia.

Diversitatea de galaxii din Zorii Cosmici

„Toate aceste observații, puse la un loc, ne spun că JADES-GS-z14-0 nu este ca tipurile de galaxii prezise de modelele teoretice și de simulările pe calculator a exista în Universul foarte timpuriu. Având în vedere luminozitatea observată a sursei, putem prognoza cum ar putea crește în timp cosmic și, până acum, nu am găsit analogi potriviți din sutele de alte galaxii pe care le-am observat la o deplasare mare spre roșu în sondajul nostru”, spun ei.

Având în vedere regiunea relativ mică a cerului pe care am analizat-o pentru a găsi JADES-GS-z14-0, descoperirea sa are implicații profunde pentru numărul prezis de galaxii luminoase pe care le vedem în Universul timpuriu, așa cum este discutat într-un alt studiu JADES concomitent. Probabil că astronomii vor găsi multe astfel de galaxii luminoase, posibil chiar din vremuri și mai timpurii, în următorul deceniu cu Webb. Suntem nerăbdători să vedem diversitatea extraordinară a galaxiilor care existau în Zorii Cosmici!”, au încheiat oamenii de știință.

Aceste observații spectroscopice au fost realizate ca parte a programului Guaranteed Time Observations (GTO) 1287, iar cele MIRI ca parte a programului GTO 1180.

Studiul, încă neevaluat inter pares, este disponibil pe serverul arXiv.

Vă recomandăm să citiți și:

Universul ar putea fi plin de găuri negre care nu mor niciodată

Telescopul Webb a detectat vremea de pe o exoplanetă aflată la 280 de ani-lumină depărtare

Din ce sunt făcute stelele? Răspunsul l-a dat Cecilia Payne Gaposchkin în 1925

Oamenii de știință vor să construiască „Zidul Morții” pe Lună