45 000 galaxií na novém snímku z Webbova teleskopu

Publikovaný infračervený snímek z vesmírného teleskopu James Webb Space Telescope (JWST) byl pořízen pro program JWST Advanced Deep Extragalactic Survey neboli JADES. Ukazuje část oblasti oblohy známé jako GOODS-South, která byla dobře studována Hubbleovým vesmírným dalekohledem HST a dalšími observatořemi. Je zde vidět více než 45 000 galaxií.

Mezi nejzákladnější otázky v astronomii patří: Jak vznikly první hvězdy a galaxie? Vebbův vesmírný dalekohled NASA již poskytuje nové pohledy na tuto otázku. Jedním z největších programů v prvním Webbově vědeckém roce je JWST Advanced Deep Extragalactic Survey neboli JADES, který bude věnovat asi 32 dní pozorovacího času dalekohledu odhalování a charakterizování slabých vzdálených galaxií. Zatímco data stále přicházejí, JADES již objevil stovky galaxií, které existovaly, když byl vesmír mladší než 600 milionů let. Tým také identifikoval galaxie třpytící se množstvím mladých, horkých hvězd.

„S programem JADES chceme odpovědět na spoustu otázek, jako například: Jak se vytvořily nejstarší galaxie? Jak rychle tvořily hvězdy? Proč některé galaxie přestávají tvořit hvězdy?“ řekla Marcia Rieke z University of Arizona v Tucsonu, vedoucí programu JADES.

Hvězdné továrny

Ryan Endsley z Texaské univerzity v Austinu vedl výzkum galaxií, které existovaly 500 až 850 milionů let po Velkém třesku. Toto byla klíčová doba známá jako období reionizace. Po stovky milionů let po Velkém třesku byl vesmír naplněn plynnou mlhou, díky níž byl pro energetické světlo neprůhledný. Za jednu miliardu let po Velkém třesku se mlha rozplynula a vesmír se stal průhledným, což je proces známý jako reionizace. Vědci diskutovali o tom, zda byly primární příčinou reionizace aktivní supermasivní černé díry nebo galaxie plné horkých mladých hvězd.

V rámci programu JADES studovali Endsley a jeho kolegové tyto galaxie pomocí Webbova přístroje NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph), aby nalezli známky vzniku hvězd – a našli jich hojnost. „Téměř každá jednotlivá galaxie, kterou nalézáme, vykazuje tyto neobvykle silné emisní čáry indikující intenzivní nedávnou tvorbu hvězd. Tyto rané galaxie byly velmi úspěšné při vytváření horkých hmotných hvězd,“ řekl Endsley.

Tyto jasné, hmotné hvězdy vydávaly proudy ultrafialového světla, které přeměňovalo okolní plyn z neprůhledného na průhledný ionizací atomů a odstraňováním elektronů z jejich jader. Vzhledem k tomu, že tyto rané galaxie měly tak velkou populaci horkých, hmotných hvězd, mohly být hlavní hnací silou procesu reionizace. Pozdější sjednocení elektronů a jader vytváří výrazně silné pozorované emisní čáry.

Endsley a jeho kolegové také našli důkazy, že tyto mladé galaxie prošly obdobími rychlého formování hvězd, které se prolínaly s klidnými obdobími, kdy se tvořilo méně hvězd. Tyto změny a starty mohly nastat, když galaxie zachytily shluky plynných surovin potřebných k vytvoření hvězd. Alternativně, protože hmotné hvězdy rychle explodují, mohly periodicky vhánět energii do okolního prostředí a bránit plynu v kondenzaci za vzniku nových hvězd.

Odhalení raného vesmíru

Další prvek programu JADES zahrnuje hledání nejstarších galaxií, které existovaly, když byl vesmír mladší než 400 milionů let. Studiem těchto galaxií mohou astronomové prozkoumat, jak se formování hvězd v prvních letech po Velkém třesku lišilo od toho, co je vidět v současné době. Světlo ze vzdálených galaxií se rozpíná na delší vlnové délky a červenější barvy v důsledku expanze vesmíru – jevem zvaným rudý posuv. Měřením rudého posuvu galaxie mohou astronomové zjistit, jak daleko je galaxie, a tedy kdy existovala v raném vesmíru. Před Webbovým teleskopem bylo pozorováno jen několik desítek galaxií s rudým posuvem větším než 8, kdy byl vesmír mladší než 650 milionů let, ale JADES nyní odhalil téměř tisíc těchto extrémně vzdálených galaxií.

Zlatý standard pro určování rudého posuvu zahrnuje pohled na spektrum galaxie, které měří její jas na nesčetných vlnových délkách blízko sebe. Ale dobrou aproximaci lze určit pořízením fotografií galaxie pomocí filtrů, z nichž každý pokrývá úzký pás barev, aby bylo možné získat několik měření jasu. Tímto způsobem můžeme určit odhady vzdáleností mnoha tisíc galaxií najednou.

Kevin Hainline z University of Arizona v Tucsonu a jeho kolegové použili Webbův přístroj NIRCam (Near-Infrared Camera) k získání těchto měření, nazývaných fotometrické rudé posuvy a identifikovali více než 700 kandidátských galaxií, které existovaly, když byl vesmír starý mezi 370 miliony a 650 miliony let. Počet těchto galaxií byl daleko za předpovědí z pozorování provedených před vypuštěním Webbova teleskopu. Vynikající rozlišení a citlivost observatoře umožňuje astronomům získat lepší pohled na tyto vzdálené galaxie než kdykoli předtím.

„Dříve vypadaly nejstarší galaxie, které jsme mohli vidět, jako malé šmouhy. A přesto tyto šmouhy představují miliony nebo dokonce miliardy hvězd na počátku vesmíru,“ řekl Hainline. „Nyní vidíme, že některé z nich jsou ve skutečnosti objekty s viditelnou strukturou. Můžeme vidět seskupení hvězd rodící se jen několik set milionů let po počátku času.“ „Zjišťujeme, že formování hvězd v raném vesmíru je mnohem složitější, než jsme si mysleli,“ dodala Rieke.

Tyto výsledky byly oznámeny na 242. zasedání Americké astronomické společnosti v Albuquerque v Novém Mexiku.

Zdroj: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2023/early-universe-crackled-with-bursts-of-star-formation-webb-shows

autor: František Martinek