Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), astronomowie odkryli gromady gwiazd w łuku „kosmicznych klejnotów”, które istniały zaledwie 460 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Oznacza to pierwsze odkrycie gromad gwiazd w nowonarodzonej galaktyce, tak jak miało to miejsce w przypadku, gdy Wszechświat mający 13,8 miliarda lat miał mniej niż 500 milionów lat.
Łuk Kosmicznego Klejnotu, pierwotnie odkryty przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a i oficjalnie nazwany SPT0615-JD1, to młoda galaktyka soczewkowana grawitacyjnie, znajdująca się około 13,3 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Oznacza to, że światło tej galaktyki, widziane przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, wędruje do Ziemi przez około 97% życia Wszechświata.
Międzynarodowy zespół astronomów odpowiedzialny za odkrycie znalazł pięć masywnych młodych gromad gwiazd w łuku kosmicznych klejnotów. Gromady te istniały w okresie, gdy młode galaktyki przechodziły intensywne wybuchy powstawania gwiazd i emitowały ogromne ilości światła ultrafioletowego. Promieniowanie to może być odpowiedzialne za zapoczątkowanie jednej z dwóch głównych faz ewolucji Wszechświata: ery kosmicznej rejonizacji.
Badanie tych pięciu gromad gwiazd może wiele nauczyć astronomów o wczesnym okresie istnienia Wszechświata.
Powiązany: Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba obserwuje nigdy wcześniej nie widziane zachowanie gwiazd w odległej mgławicy (wideo, zdjęcie)
„To była niesamowita niespodzianka i zdumienie, kiedy po raz pierwszy otworzyliśmy zdjęcia JWST” – powiedziała Angela Adamo z Uniwersytetu w Sztokholmie i Centrum Oscara Kleina w Szwecji, liderka zespołu. – stwierdził w oświadczeniu. „Widzieliśmy małą serię jasnych kropek odbijających się na boki – te kosmiczne klejnoty to gromady gwiazd, gdyby nie Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, nie wiedzielibyśmy, że patrzymy na gromady gwiazd w tak młodej galaktyce!”
Nowo odkryte gromady gwiazd w Łuku Kosmicznych Kamieni Klejnotów są niezwykłe ze względu na ich masywną i gęstą naturę. Gęstość pięciu gromad gwiazd jest znacznie większa niż gęstość pobliskich gromad gwiazd.
Pomocna dłoń Einsteina
Epoka rejonizacji jest bardzo ważna, ponieważ była to faza, w której pierwsze źródła światła we wszechświecie – wczesne galaktyki, gwiazdy i supermasywne kwazary zasilane przez czarne dziury – dostarczyły energii, która oddzieliła elektrony od obojętnego wodoru wypełniającego wszechświat .
Nowo odkryte gromady gwiazd znajdują się w bardzo małym obszarze galaktyki, ale są odpowiedzialne za większość światła ultrafioletowego pochodzącego z tej galaktyki, co oznacza, że takie gromady mogły być głównym czynnikiem powodującym rejonizację.
Badając rejonizację, naukowcy mogą dowiedzieć się więcej o procesach tworzących wielkoskalowe struktury we wszechświecie. Może to ujawnić, jak niezwykle gładki rozkład materii we wczesnych epokach kosmicznych ustąpił miejsca wysoce zorganizowanemu wszechświatowi galaktyk (i gromad galaktyk), który astronomowie widzą w późniejszych epokach kosmicznych.
Mówiąc dokładniej, te pięć wczesnych gromad gwiazd może wyjaśnić, gdzie powstały gwiazdy i jak były rozmieszczone podczas tworzenia wszechświata. Zespół badawczy twierdzi, że daje to wyjątkową okazję do badania powstawania gwiazd, a także wewnętrznego funkcjonowania powstających galaktyk z niespotykanej dotąd odległości.
„Niesamowita czułość i rozdzielczość kątowa Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba w zakresie fal bliskiej podczerwieni, w połączeniu z soczewkowaniem grawitacyjnym zapewnianym przez masywną gromadę galaktyk na pierwszym planie, umożliwiły to wykrycie” – Larry Bradley, główny badacz programu obserwacyjnego, który przechwycił dane, podano w oświadczeniu. . „Żaden inny teleskop nie jest w stanie dokonać takiego odkrycia”.
Aby zobaczyć te odległe obiekty takimi, jakie były we wczesnym wszechświecie, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba wykorzystuje zasadę zawartą w teorii grawitacji Einsteina z 1915 roku: ogólną teorię względności.
Ogólna teoria względności sugeruje, że obiekty posiadające masę zniekształcają strukturę przestrzeni i czasu, które łączą się w czterowymiarową całość zwaną „czasoprzestrzenią”. Im większa masa obiektu, tym większe powoduje ono zniekształcenie czasoprzestrzeni.
Kiedy światło ze źródeł tła przechodzi przez ten skręt, jego ścieżka staje się zakrzywiona. Im bliżej krzywego obiektu znajduje się światło, tym bardziej zakrzywiona staje się jego ścieżka. W rezultacie światło pojedynczego obiektu może dotrzeć do obserwatora, takiego jak Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, więcej niż raz i w różnym czasie.
Oznacza to, że źródła światła mogą pojawiać się w wielu miejscach na tym samym obrazie, ich pozycje mogą być przesunięte do oczywistych pozycji lub, co jest bardziej przydatne, ich światło może zostać wzmocnione. To ostatnie zjawisko nazywane jest „soczewkowaniem grawitacyjnym”, gdzie obiekt znajdujący się pomiędzy odległym obiektem tła a Ziemią nazywany jest „obiektem soczewkującym”.
W tym przypadku soczewkowanym obiektem jest gromada soczewkowanych galaktyk zwana SPT-CL J0615-5746, a obiektami tła są kosmiczne klejnoty i ich gromady gwiazd oraz dwie odległe galaktyki soczewkowane.
„Wyjątkowość Łuku Kosmicznego Klejnotu polega na tym, że dzięki soczewkowaniu grawitacyjnemu możemy faktycznie rozdzielić galaktykę w skali parseków!” powiedział Adamo.
Jak gromady kuliste pasują do siebie?
Jedno z obiecujących badań uzupełniających, które uzyskano w wyniku obserwacji wczesnych gromad gwiazd prowadzonych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, dotyczy sposobu powstawania układów gwiazd, zwanych „gromadami kulistymi”. Jak widzimy w naszej galaktyce, Drodze Mlecznej, gromady kuliste są starożytnymi pozostałościami intensywnych wybuchów gwiazdotwórczych we wczesnym wszechświecie.
Naukowcy nie są do końca pewni, w jaki sposób te ciasno upakowane, związane grawitacyjnie gromady kuliste gwiazd łączą się ze sobą, ale znaczący może być fakt, że masywne, gęste młode gromady gwiazd w kosmicznym łuku klejnotów stanowią wczesne etapy powstawania gromad kulistych. Oznacza to, że mogą dostarczyć niezwykle przydatnego wglądu we wczesne etapy narodzin gromady kulistej.
Te pięć gromad gwiazd może również pomóc w zrozumieniu innych aspektów kosmicznej ewolucji.
„Wysokie gęstości gwiazd obserwowane w gromadach dostarczają nam pierwszych wskazówek na temat procesów zachodzących w nich, dając nowy wgląd w możliwe powstawanie bardzo masywnych gwiazd i zalążków czarnych dziur, które są ważne dla ewolucji galaktyk .” Powiedział.
Badania Łuku Kosmicznego Klejnotu będą kontynuowane przez zespół odpowiedzialny za te badania, który już planuje obserwację tej wczesnej galaktyki za pomocą spektrometru bliskiej podczerwieni (NIROSpec) i instrumentu średniej podczerwieni (MIRI) należącego do JWST podczas trzeciego cyklu 10-dolarowych operacji teleskopu kosmicznego Miliardy dolarów. .
„Obserwacje NIRSpec pozwolą nam potwierdzić przesunięcie ku czerwieni galaktyki i zbadać emisję ultrafioletową gromad gwiazd, co zostanie wykorzystane do bardziej szczegółowego badania ich właściwości fizycznych” – powiedział Bradley. „Obserwacje MIRI pozwolą nam zbadać właściwości zjonizowanego gazu”.
Te obserwacje spektroskopowe powinny ujawnić, jak intensywne jest powstawanie gwiazd w aktywnych miejscach tej młodej galaktyki.
Astronomowie odpowiedzialni za to badanie zamierzają teraz badać także inne galaktyki w poszukiwaniu gromad gwiazd podobnych do tych pięciu.
„Jestem pewien, że istnieją inne takie układy, które czekają na odkrycie we wczesnym Wszechświecie, co umożliwi nam pogłębienie wiedzy na temat wczesnych galaktyk” – powiedział członek zespołu Eros Vanzella z Narodowego Instytutu Astrofizyki (INAF).
Wyniki badań zespołu opublikowano w poniedziałek (24 czerwca) w czasopiśmie Nature.
More Stories
Kiedy astronauci wystartują?
Podróż miliardera w kosmos jest „ryzykowna”
Identyczne ślady dinozaurów odkryto na dwóch kontynentach