Oxigen detectat în cea mai îndepărtată galaxie găsită vreodată

Astronomii au făcut descoperirea surprinzătoare a oxigenului și a altor elemente, precum metalele grele în cea mai îndepărtată galaxie cunoscută. Galaxia se află la 13,4 miliarde de ani lumină distanță, ceea ce înseamnă că s-a format în primele zile ale universului, scrie CNN.

Astronomii cred că Big Bang-ul a creat universul în urmă cu 13,8 miliarde de ani.

Galaxia îndepărtată neobișnuit de mare și luminoasă, numită JADES-GS-z14-0, a fost inițial detectată în ianuarie 2024 cu ajutorul telescopului spațial James Webb, care observă universul în lumină infraroșie care este invizibilă pentru ochiul uman.

Observatorul spațial poate privi înapoi în timp până la începutul unei ere misterioase numită Cosmic Dawn sau primele câteva sute de milioane de ani după Big Bang când s-au născut primele galaxii, deoarece poate observa lumina care a călătorit de miliarde de ani în spațiu spre Pământ.

Lumina de la JADES-GS-z14-0 a avut nevoie de 13,4 miliarde de ani pentru a ajunge la colțul nostru de univers, așa că Webb și alte observatoare precum ALMA sau Atacama Large Millimeter/submillimeter Array din Deșertul Atacama din Chile, văd galaxia așa cum era când universul avea doar aproximativ 300 de milioane de ani.

Când astronomii au folosit ALMA pentru a urmări observațiile inițiale ale lui Webb, au fost uimiți să constate prezența oxigenului și a metalelor grele, deoarece prezența lor sugerează că galaxiile s-au format mai repede decât se aștepta în primele zile ale universului.

Rezultatele detecțiilor ALMA au fost publicate joi în studii separate în The Astrophysical Journal și Astronomy & Astrophysics.

„Este ca și cum ai găsi un adolescent când te-ai aștepta doar la copii”, a spus Sander Schouws, autorul principal al studiului The Astrophysical Journal și doctorand la Observatorul Leiden de la Universitatea Leiden din Țările de Jos, într-o declarație.

„Rezultatele arată că galaxia s-a format foarte rapid și, de asemenea, se maturizează rapid, adăugând la un număr tot mai mare de dovezi că formarea galaxiilor are loc mult mai repede decât era de așteptat”.

Faptul că JADES-GS-z14-0 era încărcat cu elemente grele îi determină pe astronomi să pună la îndoială cum erau cu adevărat unele dintre cele mai vechi galaxii – precum și câte mai pot găsi folosind Webb și ALMA.

O lumină puternică duce la o surpriză

Mai multe aspecte ale lui JADES-GS-z14-0, inclusiv dimensiunea și luminozitatea sa mare, s-au dovedit a fi neașteptate. Pe măsură ce Webb a cercetat 700 de galaxii îndepărtate, aceasta s-a dovedit a fi a treia cea mai strălucitoare, în ciuda faptului că este cea mai îndepărtată, a spus Schouws. Dar cele mai vechi galaxii sunt de așteptat să fie mai mici și mai slabe, deoarece universul era mult mai mic la acea vreme.

„În general, galaxiile atât de timpurii în univers sunt foarte diferite de celebrele galaxii pe care le cunoaștem din imaginile frumoase ale lui Hubble și JWST”, a spus Schouws într-un e-mail. „Sunt mult mai compacte, bogate în gaze și dezordonate/dezordonate. Condițiile sunt mai extreme, deoarece multe stele se formează rapid într-un volum mic”.

Galaxiile încep de obicei de la nori uriași de gaz care se prăbușesc și se rotesc, umplându-se cu stele tinere care sunt în mare parte formate din elemente ușoare, cum ar fi heliu și hidrogen.

Pe măsură ce stelele evoluează în timp, ele creează elemente mai grele, cum ar fi oxigenul și metalele, care se dispersează în întreaga galaxie pe măsură ce stelele explodează la sfârșitul vieții. La rândul lor, elementele eliberate de stelele muribunde duc la formarea mai multor stele, precum și a planetelor care le orbitează.

Dar nimic despre JADES-GS-z14-0 nu se potrivește modelului respectiv. În schimb, galaxia conține de 10 ori mai multe elemente grele decât se aștepta, au spus autorii studiului.

„Astfel de elemente sunt produse de stele masive, iar cantitatea mare de oxigen sugerează că mai multe generații de stele masive s-au născut și au murit deja”, a spus dr. Stefano Carniani, profesor asistent la Scuola Normale Superiore din Pisa, Italia, și autorul principal al studiului Astronomy & Astrophysics, într-o declarație.

„În concluzie (JADES-GS-z14-0) este mai matur decât se aștepta și aceste rezultate sugerează că prima generație de galaxii și-a asamblat masa foarte repede”.

O animație arată mai multe generații de stele care se nasc și mor în galaxia JADES-GS-z14-0, producând și lăsând în urmă elemente grele, cum ar fi oxigenul.

Mergând la distanță

Utilizarea ALMA a permis cercetătorilor să confirme distanța galaxiei, măsurată inițial folosind Webb, și să-și rafineze măsurătorile. Împreună, ambele telescoape pot fi folosite pentru a studia formarea și evoluția primelor galaxii, a spus Rychard Bouwens, profesor asociat la Universitatea din Leiden și coautor al studiului în The Astrophysical Journal.

„Am fost cu adevărat surprins de această detectare clară a oxigenului în JADES-GS-z14-0”, a declarat Gergö Popping, astronom al Observatorului European de Sud la Centrul Regional European ALMA, într-un comunicat. Popping nu a participat la niciunul dintre studii.

„Sugerează că galaxiile se pot forma mai rapid după Big Bang decât se credea anterior. Acest rezultat arată rolul important pe care ALMA îl joacă în dezlegarea condițiilor în care s-au format primele galaxii din Universul nostru”.

Imaginile de la diferite telescoape au fost combinate pentru a mări galaxia din cosmos, terminând cu detaliile capturate de ALMA.

În timp ce Webb poate ajuta la identificarea galaxiilor extrem de îndepărtate, ALMA poate mări pentru a studia gazul și praful din ele prin detectarea luminii în infraroșu îndepărtat pe care o emit, a spus Carniani.

Studierea unor astfel de galaxii poate ajuta la luminarea multor mistere rămase din zorii cosmici, cum ar fi ceea ce s-a întâmplat la scurt timp după începerea universului și identitățile primelor obiecte cerești care au apărut.

Autorii studiului cred că galaxiile timpurii ar fi putut forma mai multe stele și stele la o scară mai masivă decât se aștepta, ceea ce ar afecta, de asemenea, luminozitatea galaxiei în ansamblu.

„Este ca și cum ar arde lumânări: poți avea lumânări cu fitile largi care au o flacără strălucitoare (stele masive) sau poți avea lumânări care ard încet și eficient (stelele normale)”, a spus Schouws.

Dar sunt necesare mai multe observații pentru a înțelege exact ce văd cercetătorii, a spus el.

Echipa vrea să determine dacă galaxia și evoluția sa rapidă sunt cu adevărat unice sau dacă există mai multe asemenea galaxii în universul timpuriu, deoarece un singur obiect ceresc nu este suficient pentru a stabili un nou model de formare a galaxiilor, a spus Carniani.