Niedawne obserwacje wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) wykazały, że pierwsze galaktyki we Wszechświecie znacznie różniły się od schludnych struktur, które widzimy dzisiaj. Zamiast tego te wczesne galaktyki były turbulentnymi, chaotycznymi skupiskami gazu, w których występowały okresy intensywnego powstawania gwiazd i na które wpływały szybko rosnące supermasywne czarne dziury. Daje to żywy obraz „ery chaosu” w historii kosmosu.
Obserwowanie galaktyk w epoce kosmicznego świtu
Zespół astronomów kierowany przez Lolę Dunhave z Uniwersytetu w Cambridge użył instrumentu NIRCam JWST do zbadania 272 małych galaktyk datowanych na okres od 800 milionów do 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Światło z tych odległych galaktyk potrzebowało miliardów lat, aby dotrzeć do nas, zapewniając wyjątkowe okno na wczesne stadia wszechświata – okres znany jako Kosmiczny Świt (50 milionów do 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu) poprzedzający Kosmiczne Południe (2 do 3 miliardów lat po Wielkim Wybuchu), kiedy formowanie się gwiazd osiągnęło szczyt.
Burzliwa natura wczesnych galaktyk
Obserwacje wykazały, że w przeciwieństwie do gładko rotujących dysków gazu i gwiazd powszechnych w pobliskich galaktykach, ruch gazu w tych wczesnych galaktykach był turbulentny. Zamiast wirować wokół swoich centrów w uporządkowany sposób, gaz płynął w wielu kierunkach, tworząc chaotyczne wiry, fale uderzeniowe i nieregularne nagromadzenie materii. Zespół opisał te wczesne galaktyki jako znajdujące się u początków dysków, przechodzące wiele faz niestabilności, zanim ustabilizują się w uporządkowanych strukturach, które widzimy dzisiaj.
Czynniki przyczyniające się do chaosu
Na ten burzliwy stan złożyło się kilka czynników:
- Intensywne powstawanie gwiazd: Nowonarodzone gwiazdy, podobnie jak nowonarodzeni ludzie, mogą być nieprzewidywalne. Te młode gwiazdy emitowały potężne wiatry gwiazdowe i wybuchy wysokoenergetycznego promieniowania, niszcząc otaczające je obłoki gazu, w których powstały.
- Gęstszy gaz międzygalaktyczny: Ponieważ Wszechświat rozszerzał się od Wielkiego Wybuchu, tuż przed Kosmicznym Południem był mniejszym i gęstszym miejscem. Oznaczało to, że do wczesnych galaktyk napływało więcej gazu międzygalaktycznego, jeszcze bardziej podsycając turbulencje.
- Supermasywne czarne dziury: supermasywne czarne dziury w centrach tych galaktyk aktywnie zużywają gaz, wydalając materię i promieniowanie, przyczyniając się do chaosu w środowisku.
- Mniejszy rozmiar: w porównaniu z galaktykami we współczesnym Wszechświecie te wczesne galaktyki były stosunkowo małe (100 milionów do 10 miliardów mas Słońca), co oznaczało, że zdarzenia takie jak wybuchy gwiazdotwórcze i aktywność czarnych dziur miały nieproporcjonalnie większy wpływ na ich stabilność.
Wyjątki i przyszłe badania
Chociaż większość galaktyk objętych badaniem wykazywała burzliwe zachowanie, niektóre wykazywały oznaki wcześniejszej stabilności i były zazwyczaj większe i być może bardziej stabilne. Obserwacje te w dużej mierze potwierdzają przewidywania istniejących modeli ewolucji galaktyk, wzmacniając związek pomiędzy obserwacjami i teorią.
Dunhave i jej współpracownicy planują połączyć swoje obserwacje zjonizowanego wodoru z nadchodzącymi obserwacjami zimnego gazu i pyłu, co zapewni pełniejsze zrozumienie struktury i ewolucji tych wczesnych galaktyk. „Dzięki większej liczbie danych będziemy w stanie prześledzić, jak te burzliwe układy rosły i stały się wdzięcznymi spiralami, które widzimy dzisiaj” wyjaśnia Sandro Tacchella, współautor badania. Nowe dane ujawnią więcej informacji na temat struktury i ścieżek ewolucji tych starożytnych planet tworzących galaktyki.
Badania te dostarczają cennych informacji na temat dynamicznych i często chaotycznych warunków, które charakteryzowały wczesny Wszechświat i podkreślają kluczową rolę, jaką JWST odgrywa w odkrywaniu tajemnic ewolucji kosmicznej.
