Ανιχνεύθηκε οξυγόνο στα «πέρατα» του σύμπαντος – Τι μας δείχνει για τον κόσμο [video]

Αστρονόμοι είχαν την τύχη να κάνουν μια σπουδαία ανακάλυψη, ανιχνεύοντας οξυγόνο και στοιχεία όπως βαρέα μέταλλα στον πιο μακρινό γνωστό γαλαξία. Ο γαλαξίας βρίσκεται 13,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, που σημαίνει ότι σχηματίστηκε κατά τις πρώτες μέρες του σύμπαντος.

Οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι το Big Bang δημιούργησε το σύμπαν πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ο ασυνήθιστα μεγάλος, φωτεινός μακρινός γαλαξίας, που ονομάζεται JADES-GS-z14-0, εντοπίστηκε αρχικά τον Ιανουάριο του 2024 με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, το οποίο παρατηρεί το σύμπαν στο υπέρυθρο φάσμα που είναι αόρατο στο ανθρώπινο μάτι. Το διαστημικό παρατηρητήριο έχει την ικανότητα να ρίχνει ματιές πίσω στον χρόνο, στην αρχή μιας μυστηριώδους εποχής που ονομάζεται Κοσμική Αυγή ή αλλιώς στα πρώτα εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, οπότε και γεννήθηκαν οι πρώτοι γαλαξίες, επειδή έχει την ικανότητα να παρατηρεί φως που έχει ταξιδέψει επί δισεκατομμύρια χρόνια από το διάστημα προς τη Γη.

Το φως από τον JADES-GS-z14-0 χρειάστηκε 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει στη δική μας γωνιά του σύμπαντος, κι έτσι το Webb και άλλα παρατηρητήρια όπως η Μεγάλη Χιλιοστομετρική/υποχιλιοστομετρική Διάταξη της Ατακάμα (ALMA), βλέπουν τον γαλαξία όπως ήταν όταν το σύμπαν ήταν μόλις 300 εκατομμυρίων ετών.

Όταν οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν την ALMA για να παρακολουθήσουν τις αρχικές παρατηρήσεις του Webb, έμειναν έκπληκτοι όταν βρήκαν την παρουσία οξυγόνου και βαρέων μετάλλων, επειδή η παρουσία τους υποδηλώνει ότι οι γαλαξίες σχηματίστηκαν πιο γρήγορα από το αναμενόμενο κατά τις πρώτες μέρες του σύμπαντος.

Τα αποτελέσματα των ανιχνεύσεων της ALMA δημοσιεύθηκαν την Πέμπτη σε ξεχωριστές μελέτες στο The Astrophysical Journal και το Astronomy & Astrophysics.

Αυτή η εικόνα δείχνει την ακριβή θέση του πιο απομακρυσμένου γνωστού γαλαξία, που ονομάζεται JADES-GS-z14-0, που φαίνεται ως μια εξαιρετικά μικροσκοπική κουκκίδα στον αστερισμό Κάμινος.

«Είναι σαν να βρίσκεις έναν έφηβο εκεί που περίμενες να βρεις μόνο μωρά», δήλωσε ο Sander Schouws, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης στο The Astrophysical Journal και υποψήφιος διδάκτορας στο Leiden Observatory στο Πανεπιστήμιο Leiden στην Ολλανδία. «Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο γαλαξίας έχει σχηματιστεί πολύ γρήγορα και επίσης ωριμάζει γρήγορα, προσθέτοντας σε ένα αυξανόμενο σύνολο αποδεικτικών στοιχείων ότι ο σχηματισμός των γαλαξιών συμβαίνει πολύ πιο γρήγορα από ό,τι αναμενόταν».

Το γεγονός ότι ο JADES-GS-z14-0 ήταν φορτωμένος με βαριά στοιχεία αναγκάζει τους αστρονόμους να αναρωτιούνται πώς ήταν πραγματικά μερικοί από τους πρώτους γαλαξίες – καθώς και πόσους άλλους μπορεί να βρουν χρησιμοποιώντας το Webb και την ALMA.

Έντονο φως και έκπληξη

Πολλαπλές πτυχές του JADES-GS-z14-0, συμπεριλαμβανομένου του μεγάλου μεγέθους και της φωτεινότητάς του, έχουν αποδειχθεί απροσδόκητες. Καθώς το Webb ερευνούσε 700 μακρινούς γαλαξίες, αυτός αποδείχθηκε ότι ήταν ο τρίτος φωτεινότερος, παρά το γεγονός ότι ήταν ο πιο μακρινός, αναφέρει ο Schouws. Αλλά οι παλαιότεροι γαλαξίες αναμένεται να είναι μικρότεροι και αμυδρότεροι επειδή το σύμπαν ήταν πολύ μικρότερο εκείνη την εποχή.

Η ιδέα ενός καλλιτέχνη δείχνει πώς θα μπορούσε να φαινόταν το σύμπαν όταν ήταν λιγότερο από 1 δισεκατομμυρίου ετών. Ο σχηματισμός αστεριών κατανάλωνε αδηφάγα το αρχέγονο υδρογόνο, αναδεύοντας ένα πλήθος αστεριών.

«Γενικά, οι γαλαξίες που γεννήθηκαν τόσο νωρίς στο σύμπαν είναι διαφέρουν κατά πολύ από τους διάσημους γαλαξίες που γνωρίζουμε από τις όμορφες εικόνες του Hubble και του JWST», προσθέτει ο ίδιος. «Είναι πολύ πιο συμπαγείς και πλούσιοι σε αέρια. Οι συνθήκες σε αυτούς είναι πιο ακραίες».

Η γέννηση των γαλαξιών είθισται ξεκινά με τεράστια νέφη αερίου που καταρρέουν και περιστρέφονται, γεμίζοντας με νεαρά αστέρια που σε μεγάλο βαθμό αποτελούνται από ελαφρά στοιχεία όπως το ήλιο και το υδρογόνο. Καθώς τα αστέρια εξελίσσονται με την πάροδο του χρόνου, δημιουργούν βαρύτερα στοιχεία όπως το οξυγόνο και τα μέταλλα, τα οποία διασκορπίζονται σε ολόκληρο τον γαλαξία καθώς τα αστέρια εκρήγνυνται με το τέλος της ζωής τους. Με τη σειρά τους, τα στοιχεία που απελευθερώνονται από τα αστέρια που πεθαίνουν οδηγούν στο σχηματισμό περισσότερων αστεριών καθώς και των πλανητών που περιφέρονται γύρω τους.

Αλλά τίποτα σχετικά με το JADES-GS-z14-0 δεν ταιριάζει σε αυτό το μοντέλο. Αντίθετα, ο εν λόγω γαλαξίας περιέχει 10 φορές περισσότερα βαρέα στοιχεία από τα αναμενόμενα, είπαν οι συγγραφείς της μελέτης.

«Τέτοια στοιχεία παράγονται από τεράστια αστέρια και η μεγάλη ποσότητα οξυγόνου υποδηλώνει ότι αρκετές γενιές αστεριών μεγάλης μάζας έχουν ήδη γεννηθεί και πεθάνει», σημειώνει ο Δρ. Stefano Carniani, επίκουρος καθηγητής στο Scuola Normale Superiore στην Πίζα και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Astronomy & Astrophysics. Συμπερασματικά, ο JADES-GS-z14-0 είναι πιο ώριμος από το αναμενόμενο και αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι η γαλαξίες της πρώτης γενιάς συγκέντρωσαν τη μάζα τους πολύ γρήγορα».

Ένα κινούμενο σχέδιο δείχνει πολλές γενιές άστρων να γεννιούνται και να πεθαίνουν στον γαλαξία JADES-GS-z14-0, αφήνοντας πίσω τους βαριά στοιχεία όπως το οξυγόνο.

Η απόσταση

Η χρήση της ALMA επέτρεψε επίσης στους ερευνητές να επιβεβαιώσουν την απόσταση του γαλαξία, που αρχικά μετρήθηκε με το Webb, και να βελτιώσουν τις μετρήσεις τους. Τα δυο τηλεσκόπια μπορούν αμφότερα να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη του σχηματισμού και της εξέλιξης των πρώτων γαλαξιών, δήλωσε ο Rychard Bouwens, αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Leiden και συν-συγγραφέας της μελέτης στο The Astrophysical Journal.

«Έμεινα πραγματικά έκπληκτος από την ακρίβεια αυτής της ανίχνευσης οξυγόνου στον JADES-GS-z14-0», δήλωσε ο Gergö Popping, αστρονόμος στο Ευρωπαϊκό Νότιο Αστεροσκοπείο. Ο Popping δεν συμμετείχε σε καμιά από τις δυο μελέτες.

«Υποδηλώνει ότι μετά το Big Bang  οι γαλαξίες σχηματίστηκαν πιο γρήγορα από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως. Αυτό το αποτέλεσμα δείχνει τον σημαντικό ρόλο που παίζει η ALMA στην αποκάλυψη των συνθηκών υπό τις οποίες σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες στο σύμπαν μας».

Εικόνες από διαφορετικά τηλεσκόπια έχουν συνδυαστεί για να μεγεθύνουν τον γαλαξία σε όλο τον κόσμο, τελειώνοντας με τις λεπτομέρειες που καταγράφηκαν από την ALMA.

Ενώ το Webb μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό εξαιρετικά μακρινών γαλαξιών, η ALMA μπορεί να μεγεθύνει για να μελετηθεί το αέριο και η σκόνη που βρίσκεται μέσα τους, ανιχνεύοντας το μακρινό υπέρυθρο φως που εκπέμπουν, συμπληρώνει ο Carniani. Η μελέτη τέτοιων γαλαξιών μπορεί να βοηθήσει να διαλευκανθούν τα πολλά εναπομείναντα μυστήρια της Κοσμικής Αυγής, όπως τι συνέβη λίγο μετά από τη γέννηση του σύμπαντος ή η πλήρης ταυτοποίηση των πρώτων ουράνιων αντικειμένων που εμφανίστηκαν.

Οι συγγραφείς της μελέτης πιστεύουν ότι οι πρώιμοι γαλαξίες μπορεί να έχουν σχηματίσει περισσότερα αστέρια η αστέρια με μεγαλύτερη μάζα από ό,τι αναμενόταν, κάτι που θα επηρέαζε και τη φωτεινότητα του γαλαξία συνολικά.

«Είναι σαν να καίγονται κεριά: μπορείτε να έχετε κεριά με φαρδύ φυτίλι που έχουν λαμπερή φλόγα (μεγάλα αστέρια) ή μπορείτε να έχετε κεριά που καίνε αργά και αποτελεσματικά (κανονικά αστέρια)», επισημαίνει ο Schouws.

Αλλά χρειάζονται περισσότερες παρατηρήσεις για να καταλάβουμε τι ακριβώς βλέπουν οι ερευνητές, υπογράμμισε.

Η ομάδα θέλει να προσδιορίσει εάν ο γαλαξίας και η ταχεία εξέλιξή του αποτελούν μοναδικό φαινόμενο ή αν υπάρχουν περισσότερες περιπτώσεις όπως αυτή στο πρώιμο σύμπαν, καθώς μόνο ένα ουράνιο αντικείμενο δεν είναι αρκετό για να δημιουργήσει ένα νέο μοντέλο σχηματισμού γαλαξιών, τονίσει ο Carniani.