Όταν μια ομάδα φωτονίων χτύπησε τους σχεδόν άψογους καθρέφτες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb νωρίτερα φέτος, ταξίδευαν στο κενό για 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια. Το φως προερχόταν από μακρινούς γαλαξίες σε μια εποχή που η γέννηση όλων όσων γνωρίζουμε και βλέπουμε είναι ακόμα, από την κοσμολογική έννοια, πρόσφατη ιστορία. Ο παλιός δεν το κάνει πραγματικά αυτό.
Οι πρώτες εικόνες σε βάθος πεδίου του Webb — ηχογραφήσεις υπερύθρων ενός μικροσκοπικού τμήματος ουρανού, γεμάτο με γαλαξίες —Πυροδότησε έναν αγώνα μεταξύ των αστρονόμων Για να βρείτε τους παλαιότερους γαλαξίες που βλέπετε. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble κατέχει το τρέχον ρεκόρ για την παρατήρηση ενός γαλαξία από τότε που το σύμπαν ήταν μόλις 400 εκατομμυρίων ετών. Οι καθρέφτες του Webb έχουν σχεδιαστεί για να είναι μεγαλύτεροι και να μπορούν να βλέπουν καλύτερα τα υπέρυθρα τμήματα του φάσματος.
Την Παρασκευή, το τηλεσκόπιο απέδειξε τη δύναμή του όταν μια ομάδα επιστημόνων – γνωστών ως JADES, μια συνεργασία μεταξύ των κατασκευαστών δύο οργάνων Webb, των NIRcam και NIRspec – ανακοίνωσε ότι είχαν επιβεβαιώσει τις παρατηρήσεις τους για τους παλαιότερους γαλαξίες μέχρι σήμερα.
«Για πρώτη φορά, ανακαλύψαμε γαλαξίες μόλις 350 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και μπορούμε να είμαστε απολύτως σίγουροι για τις φανταστικές αποστάσεις τους». Αυτός είπε Brant Robertson του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια Santa Cruz, μέλος της επιστημονικής ομάδας NIRCam και συν-συγγραφέας μιας πρόσφατης εργασίας για το έργο.
Οι αστρονόμοι άρχισαν αρχικά να συντάσσουν μια λίστα υποψηφίων αναλύοντας δεδομένα από το όργανο NIRcam του Webb, μια εξαιρετικά ευαίσθητη κάμερα υπερύθρων. Σχεδόν αμέσως μετά τη δημοσίευση των πρώτων εικόνων του Webb, εμφανίστηκαν στον Ιστό δημόσιες ιστορίες εξαιρετικά αρχαίων γαλαξιών.
Αλλά ενώ οι παρατηρήσεις του NIRcam αποκάλυψαν μια πληθώρα στόχων που αξίζει μια πιο προσεκτική ματιά, η επίσημη επιβεβαίωση απαιτούσε λεπτομερή φασματική ανάλυση.
«Είναι πολύ πιθανό οι πιο κοντινοί γαλαξίες να μεταμφιεστούν σε πολύ μακρινούς γαλαξίες», δήλωσε η αστρονόμος και συν-συγγραφέας Emma Curtis-Lake από το Πανεπιστήμιο του Hertfordshire στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Χάρη στο NIRspec, σε δύο πρόσφατες μελέτες (εδώ πέρα Και το εδώ πέρα), οι ομάδες μπόρεσαν να πραγματοποιήσουν φασματική ανάλυση – το χρυσό πρότυπο για την επιβεβαίωση της απόστασης και της ηλικίας αυτών των απίστευτα εξασθενημένων πρώιμων γαλαξιών – για μια χούφτα υποψηφίων. Αν και καμία μελέτη δεν έχει ακόμη αναθεωρηθεί, τα αποτελέσματα πιθανότατα έσπασαν το ρεκόρ του Hubble.
Το παρατηρούμενο θραύσμα του ουρανού είναι περίπου στο μέγεθος του ματιού της Βασίλισσας «σε ένα νόμισμα που φυλάσσεται στο μήκος του βραχίονα», που ονομάστηκε από το Πανεπιστήμιο John Moores του Λίβερπουλ είπε ο BBC. Μέσα σε αυτό το μάτι υπάρχουν περίπου 100.000 γαλαξίες, ο καθένας που καταγράφηκε σε μια στιγμή πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.
Για να μετρήσουν την ηλικία ενός γαλαξία κοντά στην αρχή του σύμπαντος, οι επιστήμονες μετρούν την «ερυθρή μετατόπισή» του. Καθώς το φως ταξιδεύει, η διαστολή του σύμπαντος τεντώνει το μήκος κύματός του, τραβώντας το στα πιο κόκκινα μέρη του φάσματος. Κάποιο από το πρώτο φως πέρα από το ορατό φάσμα επεκτάθηκε στο υπέρυθρο – την ειδικότητα του Webb.
Οι παλαιότεροι γαλαξίες δεν είναι ορατοί μόνο στο υπέρυθρο, αλλά το φάσμα τους αποκόπτεται επίσης σε ένα ορισμένο σημείο λόγω της διασποράς του υδρογόνου μεταξύ των γαλαξιών. Οι αμυδροί υπέρυθροι γαλαξίες που δείχνουν αυτό το απόκομμα, οι οποίοι κινούνται με μεγαλύτερη μετατόπιση στο κόκκινο, έχουν συμπληρώσει μια ομάδα υποψηφίων. Στη συνέχεια, η ομάδα ανέθεσε 28 ώρες χρόνο παρατήρησης σε 250 από αυτές χρησιμοποιώντας NIRspec. Αυτή η λεπτομερής φασματική ανάλυση περιελάμβανε συγκεκριμένες ατομικές υπογραφές και έδειξε την ερυθρή μετατόπιση.
Τέσσερις γαλαξίες αποδείχθηκαν εξαιρετικά παλιοί, με ερυθρή μετατόπιση μεγαλύτερη από 10. Δύο γαλαξίες έδειξαν μετατόπιση προς το κόκκινο 13, από μια εποχή που το σύμπαν ήταν μόλις 330 εκατομμυρίων ετών. Η ομάδα λέει ότι αυτοί οι γαλαξίες είναι νέοι, μόλις 100 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, και αποτελούνται από νεαρά αστέρια ηλικίας μικρότερης των 100 εκατομμυρίων ετών. Συγκριτικά, ο Γαλαξίας πιστεύεται ότι περιέχει τουλάχιστον 100 δισεκατομμύρια αστέρια και ο Ήλιος είναι περίπου 4,6 δισεκατομμυρίων ετών. Παρά το μικρό τους μέγεθος, η ομάδα λέει ότι αυτοί οι πρώτοι γαλαξίες παρήγαγαν αστέρια με εκπληκτικό ρυθμό, 10 φορές γρηγορότερο από γαλαξίες παρόμοιου μεγέθους πιο κοντά στη σημερινή εποχή.
Αυτοί οι γαλαξίες φαίνεται τώρα να κατέχουν το ρεκόρ για την παλαιότερη ημερομηνία που επιβεβαιώθηκε με φασματοσκοπία, αλλά ο τίτλος μπορεί να μην κρατήσει για πολύ. Αν και ακόμη περιμένουν επιβεβαίωση, οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει ότι ορισμένοι από τους γαλαξίες που καταγράφηκαν πραγματικά από τον Webb είναι παλαιότεροι και ότι ο Webb σχεδιάστηκε για να βλέπει φως από αιώνες ακόμη και 100 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Μελετώντας τους αρχαιότερους επιστήμονες στα αστέρια και τους γαλαξίες Ελπίζουμε να μάθουμε περισσότερα σχετικά με το σχηματισμό γαλαξιών και να εντοπίσετε μια περίοδο στην εξέλιξη του σύμπαντος γνωστή ως επαναιονισμός, όταν το ισχυρό φως των πρώτων αστεριών ιονίστηκε το περιβάλλον αέριο αφαιρώντας ηλεκτρόνια από το υδρογόνο και το ήλιο. Δεδομένου ότι τα αστέρια σε αυτούς τους τέσσερις γαλαξίες μπορεί να άρχισαν να σχηματίζονται πριν από 100 εκατομμύρια χρόνια, αυτή η πρώτη γενιά αστεριών θα μπορούσε να χρονολογείται περίπου 230 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
«Με αυτές τις μετρήσεις, μπορούμε να μάθουμε την εγγενή φωτεινότητα των γαλαξιών και να μάθουμε πόσα αστέρια έχουν», είπε ο Robertson. «Τώρα μπορούμε πραγματικά να αρχίσουμε να χαρτογραφούμε πώς οι γαλαξίες ενώνονται με την πάροδο του χρόνου».
Πίστωση εικόνας: NASA, ESA, CSA και STScI