Astrofizycy potwierdzają, że jest to najsłabsza galaktyka, jaką kiedykolwiek widziano we wczesnym wszechświecie

Międzynarodowy zespół badawczy kierowany przez astrofizyków z Uniwersytetu Kalifornijskiego potwierdził istnienie najsłabszej galaktyki, jaką kiedykolwiek widziano we wczesnym wszechświecie. Galaktyka, zwana JD1, jest jedną z najodleglejszych galaktyk zidentyfikowanych do tej pory i jest typowym typem galaktyk, które spaliły się przez mgłę atomów wodoru pozostałych po Wielkim Wybuchu, pozwalając światłu przenikać przez wszechświat i kształtować go w to, co istnieje dzisiaj.

Odkrycia dokonano za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, a wyniki zostały opublikowane w czasopiśmie Natura.

Pierwszy miliard lat wszechświata był kluczowym okresem w jego ewolucji. Po Wielkim Wybuchu, około 13,8 miliarda lat temu, Wszechświat rozszerzył się i ochłodził na tyle, że powstały atomy wodoru. Atomy wodoru pochłaniają fotony ultrafioletowe z młodych gwiazd. Jednak do czasu narodzin pierwszych gwiazd i galaktyk wszechświat stał się ciemny i wkroczył w okres znany jako kosmiczne ciemne wieki.

Pojawienie się pierwszych gwiazd i galaktyk kilkaset milionów lat później skąpało wszechświat w energetycznym świetle ultrafioletowym, które zaczęło płonąć lub jonizować mgłę wodorową. To z kolei umożliwiło fotonom podróżowanie w przestrzeni, czyniąc wszechświat przezroczystym.

Określenie typów galaktyk, które dominowały w tamtej epoce – zwanej erą rejonizacji – jest obecnie głównym celem astronomii, ale do czasu opracowania teleskopu Webba naukowcom brakowało czułych instrumentów na podczerwień potrzebnych do badania pierwszej generacji galaktyk.

„Większość dotychczasowych galaktyk w JWST to rzadkie jasne galaktyki i nie uważa się ich za szczególnie reprezentatywne dla młodych galaktyk, które zamieszkiwały wczesny Wszechświat” – powiedział Guido Roberts-Borsani, badacz z tytułem doktora habilitowanego z UCLA i pierwszy autor badania. Jako takie, choć ważne, nie uważa się ich za główne czynniki, które wypaliły całe to wodorowe zamglenie.

„Z drugiej strony galaktyki ultralekkie, takie jak JD1, są znacznie liczniejsze, dlatego uważamy, że są bardziej reprezentatywne dla galaktyk, które przeszły rejonizację, pozwalając światłu ultrafioletowemu na swobodne podróżowanie w przestrzeni i czasie”.

JD1 jest zbyt ciemny i daleko, aby badać go bez potężnego teleskopu — i pomocnej dłoni natury. JD1 leży za dużą grupą pobliskich galaktyk, zwaną Abell 2744, których połączona siła grawitacyjna zakrzywia i wzmacnia światło z JD1, sprawiając, że wydaje się ona 13 razy większa i jaśniejsza, niż byłaby w innym przypadku. Efekt, znany jako soczewkowanie grawitacyjne, jest podobny do tego, jak soczewka powiększająca zniekształca i powiększa światło w swoim polu widzenia; Bez soczewki grawitacyjnej JD1 prawdopodobnie zostałby pominięty.

Naukowcy wykorzystali spektrometr bliskiej podczerwieni Teleskopu Webba, NIRSpec, do uzyskania widma światła podczerwonego galaktyki, co pozwoliło im dokładnie określić jej wiek i odległość od Ziemi, a także liczbę gwiazd oraz ilość pyłu i ciężkich szczątków . elementy, które ukształtowały go w jego stosunkowo krótkim życiu.

Połączenie powiększeń grawitacyjnych galaktyki i nowych zdjęć z innego instrumentu Webba pracującego w bliskiej podczerwieni, NIRCam, pozwoliło również zespołowi zbadać strukturę galaktyki z niespotykaną szczegółowością i rozdzielczością, ujawniając trzy główne grzbiety pyłu i gazu, z których składają się gwiazdy . Zespół wykorzystał nowe dane do prześledzenia światła JD1 z powrotem do jego pierwotnego źródła i kształtu, ujawniając zwartą galaktykę zaledwie o ułamek wielkości starożytnych galaktyk, takich jak Droga Mleczna, która ma 13,6 miliarda lat.

Ponieważ światło potrzebuje czasu, aby dotrzeć na Ziemię, JD1 widziany jest takim, jakim był około 13,3 miliarda lat temu, kiedy Wszechświat miał zaledwie około 4% obecnego wieku.

„Zaledwie rok temu, zanim teleskop Webba został włączony, nie mogliśmy nawet marzyć o potwierdzeniu tak słabej galaktyki” – powiedział Tommaso Trio, profesor fizyki i astronomii z UCLA oraz drugi autor badania. „Połączenie JWST i powiększającej mocy soczewkowania grawitacyjnego jest rewolucyjne. Przepisujemy książkę o tym, jak galaktyki powstały i ewoluowały bezpośrednio po Wielkim Wybuchu”.

Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Natura.