Galaktyki „zielonego groszku” mogły pomóc zakończyć mroczną erę wszechświata

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) odkryli trzy małe galaktyki, które mogły pomóc w uruchomieniu jednego z największych procesów przekształcania w historii kosmosu.

Wyniki, zaprezentowane na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Astronomicznego (AAS) w Seattle w stanie Waszyngton i opublikowane w zeszłym tygodniu¹może wyjaśnić rejonizację – okres, w którym silne promieniowanie rozerwało „mgiełkę” atomów wodoru wiszących nad wszechświatem, dzięki czemu gwiazdy i galaktyki stały się widoczne po raz pierwszy.

Kosmiczne zaciemnienie

Bezpośrednio po Wielkim Wybuchu wszechświat był bardzo jasny. Ciepło resztkowe było tak duże, że elektrony nie mogły połączyć się z protonami, tworząc atomy. Zamiast tego wszechświat był wściekłą plazmą — gęstym, świecącym gazem naładowanych elektrycznie (lub jonizujących) cząstek, które rozpraszają światło, jak świetlówka.

JWST odkrywa jedne z najodleglejszych galaktyk, jakie kiedykolwiek widziano

Po około 380 000 lat rozszerzający się wszechświat ostygł na tyle, że mogły powstać atomy wodoru. Niektóre z tych atomów ostatecznie połączyły się, tworząc pierwsze gwiazdy i galaktyki. Ale otaczający koc wodorowy pochłania ich światło – podobnie jak gęsta mgła, która może przesłonić reflektory samochodu.

W końcu ta kosmiczna ciemna epoka dobiegła końca. Energetyczne promieniowanie rozdzieliło międzygalaktyczne atomy wodoru – zamieniając je z powrotem w samotne protony i elektrony – w procesie zwanym rejonizacją. Ale jonizacja całej materii międzygalaktycznej wymaga ogromnej ilości energii, a astronomowie od dawna spierają się o dokładny silnik. Starlight była prawdopodobnie jedną z najstarszych galaktyk. A może zdarzenie zostało spowodowane przez supermasywne czarne dziury – które przyciągają materię i ją podgrzewają.

„Jednym z wielkich kosmologicznych pytań jest, jaka jest przyczyna rejonizacji?” mówi Trine Thuan, astronom z University of Virginia w Charlottesville.

Galaktyka groszku

11 lipca 2022 r. — około sześć miesięcy po uruchomieniu JWST — obserwatorium Dostarczony Najgłębszy i najostrzejszy obraz odległego wszechświata, jaki kiedykolwiek widziano. Zdjęcie, wyśrodkowane na gromadzie galaktyk o nazwie SMACS 0723, zawiera tysiące galaktyk słabszych niż kiedykolwiek wcześniej. JWST może to złapać Ponieważ analizuje światło podczerwone; W miarę rozszerzania się wszechświata wydaje się, że bardziej odległe galaktyki oddalają się od widzialnej części widma elektromagnetycznego w kierunku podczerwieni. Spośród tysięcy galaktyk na obrazie SMACS 0723, naukowcy postanowili przeprowadzić dalsze obserwacje spektroskopowe trzech galaktyk, które wyglądały na szczególnie odległe.

Ale kiedy James Rhodes, astronom z Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA w Greenbelt w stanie Maryland, wraz ze współpracownikami po raz pierwszy zobaczyli widma tego trio, zdali sobie sprawę, że galaktyki wyglądają jak obiekty normalnie znajdujące się w pobliżu. Miały niesamowite podobieństwo do galaktyk „zielonego groszku”, anomalii po raz pierwszy zauważonej przez obywatelski projekt naukowy o nazwie Galaxy Zoo i zgłoszonej² w 2009.

Galaktyki zielonego groszku zostały nazwane ze względu na ich kolor i mały rozmiar. Mają tylko 5% rozmiaru Drogi Mlecznej i 1% masy. Ale nie daj się zwieść jego niewielkim rozmiarom: produkuje gwiazdy w tempie wykładniczym – około 100 razy szybciej, niż spodziewaliby się astronomowie, biorąc pod uwagę jego masę. Wydaje się również, że zawierają stosunkowo niewiele ciężkich pierwiastków. Ich zielony kolor pochodzi od blasku zjonizowanego tlenu (stosunkowo lekkiego pierwiastka) podgrzanego przez nowonarodzone gwiazdy.

Zielony groszek zadziwił astronomów, ponieważ chociaż zaobserwowano go tylko w pobliskim wszechświecie, jego właściwości są podobne do tych oczekiwanych dla wczesnych galaktyk. Na przykład uważa się, że pierwsze galaktyki zawierają tylko lekkie pierwiastki, ponieważ ciężkie pierwiastki potrzebują czasu, by się uformować. Sangeeta Malhotra, astronom z Goddard Space Flight Center, żartował na spotkaniu AAS 12 stycznia, że ​​są to „galaktyki Piotruś Pan”, ponieważ nie dojrzały.

wczesne sobowtóry

To dlatego Rhodes, Malhotra i ich współpracownicy byli tak podekscytowani widmami potrójnych galaktyk analizowanych przez JWST – galaktyk z wczesnego Wszechświata, ale bardziej przypominających sąsiedni zielony groszek. „Wiedzieliśmy, że wyglądają jak widma zielonego groszku, gdy tylko je zobaczyliśmy” – powiedział Rhodes. Natura.

Teleskop Landmark Webba opublikował pierwszy obraz naukowy – astronomowie są zachwyceni

Podobnie jak zielony groszek, trio jest małe i ma silne widma emisyjne — co oznacza, że ​​również szybko wyrzucają gwiazdy. Podobnie ma niską zawartość pierwiastków cięższych niż wodór i hel. W rzeczywistości najbardziej zewnętrzna z tych trzech zawiera prawie 2% tyle tlenu, co Droga Mleczna. Jest to prawdopodobnie najmniejsza ilość tlenu zaobserwowana w galaktyce do tej pory.

Thuan mówi, że był „zaskoczony”, widząc podobieństwo między widmami tych galaktyk, które JWST zarejestrował, a widmami zielonego groszku, które od dawna badał.

Nie ma wątpliwości, że są to te same rzeczy. Przed JWST naukowcy mierzyli zielony groszek od dziesięciu miliardów lat po Wielkim Wybuchu, mówi Daniel Scherer, astronom z Uniwersytetu Genewskiego w Szwajcarii. „A teraz nagle możemy zrobić to samo – ale tylko 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. To absolutnie zadziwiające.”

Cztery odkrycia z teleskopu Webba dotyczące odległych galaktyk

Kolejny powód do ekscytacji sięga 2016 roku, kiedy astronomowie, w tym Thuan, donieśli, że zielony groszek wysyła dużą liczbę jonizujących fotonów do centrum galaktyk.³. Większość galaktyk obserwowanych w pobliskim wszechświecie tego nie robi. Przy tak wielu gwiazdach w tak małych rozmiarach zielony groszek może być w stanie przebić kanały w ośrodku międzygwiazdowym, tworząc drogę ucieczki dla energetycznego promieniowania.

Może to oznaczać, że obiekty takie jak Trio od samego początku wszechświata wytwarzały energię potrzebną do uwolnienia wszechświata z jego ciemnej epoki. Przez kilka sekund wyniki są przekonujące. „Teraz naprawdę myślę, że te karłowate galaktyki gwiazdotwórcze są rejonizatorem” – mówi.