Galaxie zanikla pouhých 700 milionů let po Velkém třesku – a věda nedokáže vysvětlit proč

Astronomové pomocí vesmírného teleskopu Jamese Webba (JWST) objevili nejvzdálenější klidnou galaxii, jaká kdy byla pozorována – galaxii, která již 700 milionů let po Velkém třesku přestala tvořit hvězdy.

To zpochybňuje dosavadní modely vývoje galaxií, které nedokážou vysvětlit, jak mohly tak masivní, „červené a mrtvé“ galaxie vzniknout tak brzy. Galaxie pojmenovaná RUBIES-UDS-QG-z7 obsahuje více než 10 miliard hmotností Slunce na ploše o průměru pouhých 650 světelných let, což naznačuje, že hustá jádra dnešních obřích eliptických galaxií mohla vzniknout překvapivě velmi brzy.

Jak galaxie rostou a pak zanikají
V raném vesmíru galaxie rostly tak, že nasávaly plyn z okolního mezigalaktického prostředí a přeměňovaly ho na nové hvězdy. S rostoucí hmotností galaxie mohla účinněji přitahovat plyn, a tím ještě více urychlovat tvorbu hvězd. Tento růst však netrvá věčně. Nakonec galaxie projdou procesem zvaným „vyhasínání“, kdy přestanou tvořit hvězdy a přestanou růst.

Nyní astronomové zjistili, že přibližně polovina galaxií v blízkém vesmíru již netvoří hvězdy. Tyto galaxie se označují jako klidové, vyhaslé nebo „červené a mrtvé“ galaxie. Vypadají červeně, protože v nich došly mladé, horké, modré hvězdy a zůstaly v nich jen starší, chladnější, načervenalé hvězdy.

Na publikovaném obrázku jsou tři spektra pořízená přístrojem NIRSpec překrytá snímkem pořízeným přístrojem NIRCam, dvěma přístroji na palubě vesmírného teleskopu Jamese Webba. Rekordní galaxie je zobrazena uprostřed. Na snímku se zobrazuje červeně a její spektrum klesá směrem doleva (krátké vlnové délky). Pro srovnání, spektra nahoře a dole, v modré a fialové barvě, ukazují typické hvězdotvorné galaxie v podobném období kosmické historie.

Tajemství vyhasínání galaxií
Klidné galaxie se vyskytují zejména mezi nejhmotnějšími galaxiemi, které mají často eliptický tvar. Tyto galaxie se obvykle formují dlouho, nejprve vytvoří velké hvězdné populace a poté se tvorba hvězd zastaví. Co však vlastně způsobuje vyhasínání galaxií, zůstává jednou z největších otevřených otázek v astrofyzice.

„Nalezení prvních příkladů masivních klidných galaxií (MQG – massive quiescent galaxies) v raném vesmíru je velmi důležité, protože vrhá světlo na možné mechanismy jejich vzniku,“ říká Pascal Oesch, docent na katedře astronomie na přírodovědecké fakultě UNIGE (University of Geneva) a spoluautor článku. Pátrání po takových systémech je proto již řadu let hlavním cílem astronomů.

Pozorování v rozporu s teoriemi
S rozvojem technologií, zejména spektroskopie v blízké infračervené oblasti, astronomové potvrzují existenci masivních klidných galaxií (MQG) ve stále ranějším vesmírném období. Jejich předpokládaný počet je obtížné sladit s teoretickými modely vzniku galaxií, které předpovídají, že takové systémy by měly vznikat déle. Díky kosmickému dalekohledu Jamese Webba se tento rozpor podařilo posunout až k červenému posuvu 5 (1,2 miliardy let po Velkém třesku), kde bylo v posledních letech potvrzeno několik klidných galaxií MQG. Nová studie vedená UNIGE ukazuje, že tyto galaxie vznikly ještě dříve a rychleji, než se dosud předpokládalo.

V rámci druhého cyklu JWST získal rozsáhlý program RUBIES (Red Unknowns: Bright Infrared Extragalactic Survey), jeden z největších evropských programů extragalaktického výzkumu pomocí přístroje NIRSpec, spektroskopická pozorování několika tisíc galaxií, včetně stovek nově objevených zdrojů z prvních obrazových dat JWST.

Dosud nejvzdálenější „mrtvá“ galaxie
Mezi těmito novými spektry vědci identifikovali dosud nejvzdálenější nalezenou galaxii MQG se spektroskopickým červeným posuvem 7,29, pouhých ~700 milionů let po Velkém třesku. Spektrum NIRSpec/PRISM odhaluje překvapivě starou hvězdnou populaci v tak mladém vesmíru. Podrobné modelování spektra a zobrazovacích dat ukazuje, že galaxie vytvořila hvězdnou hmotnost více než 10 miliard hmotností Slunce během prvních 600 milionů let po Velkém třesku, než rychle ukončila tvorbu hvězd, což potvrzuje její klidovou povahu.

„Objev této galaxie, pojmenované RUBIES-UDS-QG-z7, naznačuje, že masivní klidné galaxie v první miliardě let vesmíru jsou více než stokrát hojnější, než předpovídá jakýkoliv dosavadní model,“ říká Andrea Weibelová, doktorandka na katedře astronomie přírodovědecké fakulty UNIGE a první autorka článku. To zase naznačuje, že bude možná nutné přehodnotit klíčové faktory teoretických modelů (např. vliv hvězdného větru a sílu výtrysků poháněných tvorbou hvězd a masivních černých děr). Galaxie zanikla mnohem dříve, než tyto modely předpovídají.

Dávná jádra dnešních obrů
A konečně, malá fyzická velikost galaxie RUBIES-UDS-QG-z7, změřená na pouhých ~650 světelných let, znamená vysokou hustotu hvězdné hmoty srovnatelnou s nejvyššími centrálními hustotami pozorovanými v klidných galaxiích s o něco nižšími červenými posuvy (z ~2-5). Tyto galaxie se pravděpodobně vyvinuly v jádra nejstarších a nejhmotnějších eliptických galaxií v místním vesmíru.

„Objev objektu RUBIES-UDS-QG-z7 poskytuje první přesvědčivý důkaz, že centra některých blízkých masivních eliptických galaxií mohla existovat již od prvních několika set milionů let existence vesmíru,“ uzavírá Anna de Graaffová, hlavní řešitelka programu RUBIES, postdoktorandka na Astronomickém ústavu Maxe Plancka v Heidelbergu.

Zdroj: https://scitechdaily.com/a-galaxy-died-just-700-million-years-after-the-big-bang-and-science-cant-explain-why/ a https://www.universetoday.com/articles/galaxies-were-already-dying-just-700-million-years-after-the-big-bang

autor: František Martinek