Zrejme pozorovali najvzdialenejšiu galaxiu. Ďalekohľad Jamesa Webba mení aj predstavy o prvých hviezdach

Prvé galaxie sa zrejme tvorili rýchlejšie a boli väčšie a hmotnejšie, naznačujú prvé údaje z pozorovaní ďalekohľadu Jamesa Webba.

„Môže to otvárať cestu k revízii štandardných modelov vzniku prvých galaxií,“ povedal astrofyzik Michal Zajaček o možných následkoch prvotných zistení.

Vedec pôsobí v Ústave teoretickej fyziky a astrofyziky Masarykovej univerzity v Brne.

Aj astronóm a astrofyzik Garth Illingworth z Kalifornskej univerzity v Santa Cruz pre časopis Science povedal, že súčasné teórie predpokladajú pomalšiu tvorbu prvých hviezd a galaxií ako údaje z ďalekohľadu Jamesa Webba. „Je to úplne mimo rámca toho, čo predpovedali modely.“

Najvzdialenejšia galaxia?

Vedci ďalej oznámili, že novým ďalekohľadom zrejme pozorovali vôbec najvzdialenejšiu galaxiu, ktorá vznikla 230 miliónov rokov po veľkom tresku. Doterajší rekord z minulého mesiaca bol 300 miliónov rokov. Ďalekohľad Jamesa Webba pritom začal naplno fungovať iba koncom júna tohto roka.

Za niekoľko týždňov tak nepriniesol len krásne zábery vesmíru, ktoré nadchýnajú laikov, ale aj úvahy odbornej verejnosti o tom, či neprehodnotí poznatky o raných fázach vesmíru.

Existencia najvzdialenejšej pozorovanej galaxie nie je v tejto chvíli definitívne potvrdená, keďže vedci o nej informovali iba v nerecenzovanej štúdii.

Štúdiu zaslali do časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, kde zistenia preverujú editori. Až po publikovaní článku vo vedeckom časopise budeme môcť s vyššou pravdepodobnosťou tvrdiť, že naozaj ide o rekord.

Kandidát na galaxiu sa volá CEERS-93316.

Ak sa merania potvrdia, bude to znamenať, že ďalekohľad Jamesa Webba pozoroval svetlo z galaxie, ktoré zodpovedá 1,66 percenta súčasného veku vesmíru. Ten je 13,8 miliardy rokov.

Červený posun

Niektorí astronómovia upozorňujú, že v tejto chvíli nemožno vylúčiť možnosť, že potenciálne najvzdialenejšia galaxia by mohla byť iba výsledkom ilúzie.

Podľa nich je stále možné, že okolitý prach absorboval svetlo z hviezd a opätovne ho vyžiaril na dlhších vlnových dĺžkach, takže potenciálna galaxia vyzerá červenšia ako v skutočnosti.

Pri meraniach sa svetlo rozkladá na jednotlivé spektrá a „červenšie [spektrum] znamená vzdialenejšiu [galaxiu]“, píše magazín Science.

Vychádza sa tu z javu známeho ako červený posun. „V galaxii dochádza k emisii žiarenia konkrétnej vlnovej dĺžky, a keďže galaxie sa od seba v dôsledku rozpínania priestoru vzďaľujú, vlnová dĺžka sa predlžuje. Žiarenie tým stráca energiu a posúva sa do červenej farby,“ povedal astrofyzik Michal Zajaček a rovnaký jav vysvetlil ešte inými slovami: „Čím je galaxia vzdialenejšia, tým je efekt rozpínania priestoru väčší. Takže galaxia sa od nás vzďaľuje rýchlejšie. Tento jav je známy ako Hubblov zákon rozpínania vesmíru a prejavuje sa väčším červeným posunom smerom k vzdialenejším končinám vesmíru.“ Červený posun tak vyjadruje, o koľko sa vesmír zväčšil od času emisie pozorovaného žiarenia.

Keďže svetlo z veľmi vzdialených vesmírnych objektov sa rozpínaním vesmíru natiahlo až do červených vlnových dĺžok, prístroje ďalekohľadu Jamesa Webba skúmajú výhradne infračervenú oblasť spektra.

Ak by ďalekohľad skúmal len viditeľné či ultrafialové svetlo, objekty z raných fáz vesmíru by nezachytil.

Astrofyzik Zajaček povedal, že kandidáta na najvzdialenejšiu galaxiu budú musieť ešte potvrdiť ďalšie merania, no dodal, že súčasným trendom je, že „sa posúvame smerom k prvým galaxiám“.

Rekombinácia – obdobie temna – reionizácia

Po veľkom tresku tvorila vesmír iba horúca polievka častíc ako protóny, neutróny a elektróny, píše NASA. „Keď sa vesmír začal ochladzovať, protóny a neutróny sa začali kombinovať do ionizovaných atómov vodíka a deutéria.“

Tento proces sa nazýva „rekombinácia“ a nastal zhruba 240- až 400-tisíc rokov po veľkom tresku. Predtým bol vesmír nepriehľadný a skoršie žiarenie nie je.

Potom prišlo „obdobie temna“ – vesmír tvorili predovšetkým husté mraky nepriehľadného plynu vodíka a prvé hviezdy ešte neexistovali. „Neboli žiadne žiarivé zdroje a pred týmto obdobím detegujeme len kozmické mikrovlnné žiarenie, pozostatok rekombinácie ionizovaného vodíka,“ objasnil slovenský astrofyzik.

Obdobie temna trvalo niekoľko desiatok miliónov rokov. V tom čase sa neutrálna hmota vo vesmíre preskupovala a padala do koncentrácií temnej hmoty, povedal astrofyzik Zajaček. „Temná hmota bola kľúčová, aby mohli vznikať prvé štruktúry vo vesmíre.“

Temné obdobie vesmíru sa ukončilo tvorbou prvých hviezd zhruba 100 miliónov rokov po veľkom tresku. „Zapálením prvých termonukleárnych reakcií sa začalo ďalšie obdobie, obdobie reionizácie,“ povedal Zajaček a dodal, že trvalo ďalších zhruba 900 miliónov rokov.

Narušené štandardné predstavy

Ako sme písali v úvode, nové údaje z ďalekohľadu Jamesa Webba naznačujú, že prvé galaxie sú väčšie a hmotnejšie, ako predpovedali prechádzajúce modely. To znamená, že v nich musela nastať intenzívna hviezdotvorba.

„Na základe pomeru hmoty a svetla (z angl. mass-to-light ratio) sa svietivosť galaxie prepočítava na jej hmotnosť,“ povedal Zajaček o výpočtoch hmotnosti galaxií, hoci dodal, že modely nie sú úplne presné, lebo musia pracovať aj s príspevkom temnej hmoty. Ten sa neurčuje ľahko.

Vedci ďalej upozorňujú, že údaje z ďalekohľadu Jamesa Webba spochybňujú aj aktuálnu predstavu astrofyzikov o tvorbe prvých hviezd. Astrofyzik Tommaso Treu z Kalifornskej univerzity v Los Angeles sa pre magazín Science dokonca vyjadril, že rané galaxie „tvorili hviezdy ako šialené“. Na mysli mal tempo, ktoré sa javí ako rýchlejšie, než sa predpokladá.

Tieto a ďalšie poznatky narúšajú štandardný model označovaný ako Lambda-CDM, ktorý pracuje s určitými predpokladmi o podobe raného vesmíru. „Nie je tu veľa priestoru na manévrovanie,“ cituje magazín Science astrofyzika Michaela Boylana-Kolchina z Texaskej univerzity v Austine.

Len za niekoľko týždňov od spustenia tak ďalekohľad Jamesa Webba priniesol viacero poznatkov, ktoré môžu viesť k doplneniu či dokonca oprave našich znalostí o vesmíre vrátane tvorby prvých hviezd alebo vlastností najvzdialenejších galaxií.

Bude však potrebný ďalší výskum, ktorý prvotné údaje potvrdí alebo vyvráti.

Uvidí aj prvé hviezdy?

Podľa astrofyzika Michala Zajačeka je možné, že ďalekohľad Jamesa Webba zachytí svetlo aj z úplne prvých hviezd, ktoré vznikli zhruba 100 miliónov rokov po veľkom tresku.

Vedec dodal, že prvé hviezdy boli veľmi hmotné, mali niekoľko stoviek až tisíc hmotností Slnka, no existovali len veľmi krátko, rádovo asi milión rokov. „To je zlomok životnosti Slnka.“ Jeho vek sa odhaduje na 4,6 miliardy rokov.

Na zachytenie prvých hviezd „budeme potrebovať pomoc prírody v podobe gravitačného šošovkovania“, konštatuje Zajaček.

Gravitačné šošovkovanie je astronomickým ekvivalentom objektívu so zoomom. Vyžaduje obrovskú hmotu, napríklad kopu galaxií, ktorá zafunguje ako šošovka a spôsobí zväčšenie svetla priľahlých objektov.

Vďaka tomu by sa pre ďalekohľad Jamesa Webba mohli „rozsvietiť“ aj hviezdy, ktoré by inak nevidel. No viac napovedia až ďalšie pozorovania.