Webbův teleskop zachytil „nemožnou“ záři z galaxie na úsvitu věků

Webbův teleskop pozoroval galaxii, která je v historii vesmíru tak raná, že by neměla vykazovat jasnou světelnou stopu – ale ve skutečnosti vykazuje. Tento překvapivý maják možná donutí astronomy přehodnotit způsob vývoje raného vesmíru. Úžasný objev vesmírného teleskopu může přepsat naše představy o počátcích vesmíru.

Bylo potvrzeno, že galaxie s názvem JADES-GS-z13-1, která byla pozorována pouhých 330 milionů let po Velkém třesku, vyzařuje silný signál označovaný jako Lyman-α – což se v té době považovalo za nemožné kvůli okolní kosmické „mlze“. To zpochybňuje dosavadní teorie o tom, kdy došlo k reionizaci vesmíru prvními hvězdami a galaxiemi, a naznačuje, že k ní mohlo dojít dříve nebo nerovnoměrně, než se dosud předpokládalo. Signál by mohl naznačovat přítomnost prvních hvězd ve vesmíru nebo dokonce hmotné černé díry. Ať už je zdroj jakýkoliv, tato galaxie se mění v kosmickou časovou schránku, která by mohla odhalit velké záhady. Vědci odhadli její vzdálenost měřením rudého posuvu – způsobu určení vzdálenosti galaxie na základě toho, jak moc se její světlo natáhlo v důsledku rozpínání vesmíru.

Pohled zpět do vesmírného úsvitu
Jedním z hlavních vědeckých cílů vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST) je nahlédnout dále do minulosti – do raného vesmíru, kdy se po Velkém třesku formovaly první galaxie. Toto úsilí již vedlo k objevu některých z nejvzdálenějších galaxií, které kdy byly pozorovány, a to díky průzkumům, jako je JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Protože Webbův teleskop je vysoce citlivý na infračervené světlo, umožňuje astronomům zkoumat, kdy a jak tyto rané galaxie vznikly, a také jejich vliv v období známém jako kosmický úsvit – v době, kdy první světlo hvězd a galaxií začalo proměňovat vesmír.

Neuvěřitelně vzdálená galaxie JADES-GS-z13-1, která byla pozorována pouhých 330 milionů let po Velkém třesku, byla původně objevena pomocí hloubkového snímkování pomocí kamery NIRCam (Near-Infrared Camera) vesmírného dalekohledu Jamese Webba. Nyní mezinárodní tým astronomů definitivně identifikoval silné vodíkové emise z této galaxie v nečekaně raném období historie vesmíru. JADES-GS-z-13-1 má rudý posuv z = 13, což je údaj o jejím stáří a vzdálenosti.

Potvrzení rudého posuvu galaxie
Původní odhad rudého posuvu ze snímků NIRCam byl 12,9. Pro potvrzení této mimořádné vzdálenosti provedl mezinárodní tým pod vedením Jorise Witstoka z University of Cambridge, Cosmic Dawn Center a Kodaňské univerzity následná pozorování pomocí Webbova spektrografu pro blízkou infračervenou oblast (NIRSpec).

Ve výsledném spektru byl potvrzen rudý posuv 13,0. To odpovídá galaxii, která byla spatřena pouhých 330 milionů let po Velkém třesku, což je jen malý zlomek současného stáří vesmíru, které činí 13,8 miliardy let. Vynikl však i nečekaný rys: jedna specifická, výrazně jasná vlnová délka světla, identifikovaná jako emise Lyman-α vyzařovaná atomy vodíku. Tato emise byla mnohem silnější, než astronomové v této rané fázi vývoje vesmíru považovali za možné.

Galaxie JADES-GS-z13-1 vykazuje jasné záření vodíku známé jako emise Lyman-alfa. To je překvapivé, protože toto záření by mělo být pohlceno hustou mlhou neutrálního vodíku, která dusila raný vesmír. Na připojeném obrázku plná modrá čára ukazuje vyčištěné, zprůměrované spektrum, zatímco slabě modrá čára ukazuje chybové úsečky.

Příliš brzy vesmír s mlhou?
„Raný vesmír se koupal v husté mlze neutrálního vodíku,“ vysvětlil Roberto Maiolino, člen týmu z University of Cambridge a University College London. „Většina této mlhy byla odstraněna v procesu zvaném reionizace, který byl dokončen asi miliardu let po Velkém třesku. Galaxie GS-z13-1 byla pozorována v době, kdy byl vesmír starý pouhých 330 milionů let, přesto vykazuje překvapivě jasnou, výmluvnou signaturu emise Lyman-α, která je viditelná až poté, co se okolní mlha zcela rozptýlí. Tento výsledek byl podle teorií raného vzniku galaxií zcela neočekávaný a astronomy zaskočil.“

Před a během epochy reionizace blokovalo obrovské množství neutrální vodíkové mlhy obklopující galaxie veškeré energetické ultrafialové světlo, které vyzařovaly, podobně jako filtrační efekt barevného skla. Dokud se nevytvořilo dostatečné množství hvězd, které byly schopny ionizovat vodíkový plyn, nemohlo žádné takové světlo – včetně emise Lyman-α – uniknout z těchto rodících se galaxií a dosáhnout Země. Potvrzení záření Lyman-α z této galaxie má proto velký význam pro naše chápání raného vesmíru.

Člen týmu Kevin Hainline z Arizonské univerzity říká: „Vzhledem k tomu, jak rozumíme vývoji vesmíru, bychom takovou galaxii opravdu neměli najít. Mohli bychom si představit raný vesmír jako zahalený hustou mlhou, přes kterou by bylo nesmírně obtížné najít i silné majáky, které by do něj nahlížely, a přesto zde vidíme paprsek světla z této galaxie, který závoj proráží. Tato fascinující emisní linie má obrovské důsledky pro to, jak a kdy se vesmír reionizoval.“

Zdroj záření Lyman-α z této galaxie zatím není znám, ale může se jednat o první světlo z nejstarší generace hvězd, které se ve vesmíru zformovaly. Joris Witstok to upřesňuje: „Velká bublina ionizovaného vodíku obklopující tuto galaxii mohla být vytvořena zvláštní populací hvězd – mnohem hmotnějších, žhavějších a svítivějších než hvězdy vzniklé v pozdějších obdobích a možná představitelů první generace hvězd.“ Další možností, kterou tým identifikoval, je silné aktivní galaktické jádro (AGN) poháněné jednou z prvních supermasivních černých děr.

Webbovo nečekané okno do minulosti
Nové výsledky by nebylo možné získat bez neuvěřitelné citlivosti Webbova teleskopu v blízké infračervené oblasti, která je nezbytná nejen k nalezení tak vzdálených galaxií, ale také k detailnímu prozkoumání jejich spekter.

Bývalý vědecký pracovník projektu NIRSpec, Peter Jakobsen z Centra Cosmic Dawn a Kodaňské univerzity v Dánsku, vzpomíná: „Po vzoru Hubbleova vesmírného dalekohledu bylo jasné, že Webbův teleskop bude schopen nacházet stále vzdálenější galaxie. Jak se však ukázalo v případě GS-z13-1, vždy bylo překvapením, co může odhalit o povaze rodících se hvězd a černých děr, které vznikají na hranici kosmického času.“

Tým plánuje další sledování galaxie GS-z13-1 s cílem získat více informací o povaze této galaxie a původu jejího silného záření Lyman-α. Ať už galaxie skrývá cokoliv, je jisté, že to osvětlí novou hranici v kosmologii.

Tento nový výzkum byl publikován v časopise Nature.

Zdroj: https://scitechdaily.com/webb-captures-impossible-glow-from-galaxy-at-the-edge-of-time/;
https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2025/03/JADES-GS-z13-1_in_the_GOODS-S_field_NIRCam_image_annotated a https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2025/03/JADES-GS-z13-1_spectrum_graphic

autor: František Martinek