Webbův teleskop zkoumá svědectví prvních galaxií, které se živí studeným plynem

Připojený obrázek ukazuje galaxii vznikající jen několik set milionů let po Velkém třesku, kdy byl vesmír během éry reionizace směsí průhledného a neprůhledného plynu. Data z Vesmírného teleskopu Jamese Webba ukazují, že v sousedství těchto raných galaxií je hodně chladného neutrálního plynu – a že plyn může být hustší, než se očekávalo. Webbův teleskop pozoroval tyto galaxie v rámci svého průzkumu Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) několik měsíců poté, co začal v roce 2022 provádět pozorování. CEERS zahrnuje snímky i spektra ze spektrografu NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph). Data z CEERS byla okamžitě zveřejněna na podporu objevů, jako je tento, v rámci Webbova programu Early Release Science (ERS).

Pouze vesmírný dalekohled Jamese Webba může detekovat a zkoumat tyto galaxie, které se formovaly v hustém, neprůhledném plynu, když byl vesmír starý jen několik set milionů let. Tým v Dánsku zkoumající archivní data z JWST nedávno našel trojici vzdálených galaxií, které byly v procesu shromažďování plynu, když byl vesmír starý jen několik set milionů let. Jejich detekce a charakterizace jsou pozoruhodné úspěchy, kterých je v současnosti schopen pouze Webbův teleskop, a to díky svému zaměření na infračervené světlo. Data poprvé ukazují, že tyto rané galaxie obklopují velké rezervoáry plynu. Tento plyn nakonec spadne do galaxií a podpoří vznik nových hvězd a po miliony let povede k vysoce strukturovaným galaxiím přeplněným hvězdami.

Výzkumníci analyzující data z vesmírného dalekohledu James Webb Space Telescope přesně určili tři galaxie, které se mohly aktivně formovat, když byl vesmír starý pouhých 400 až 600 milionů let. Webbova data ukazují, že tyto galaxie jsou obklopeny plynem, o kterém vědci předpokládají, že je téměř čistý vodík a helium, nejranější prvky, které ve vesmíru existovaly. Webbovy přístroje jsou tak citlivé, že byly schopny detekovat neobvyklé množství hustého plynu obklopujícího tyto galaxie. Tento plyn pravděpodobně skončí jako palivo pro tvorbu nových hvězd v galaxiích.

Postřehy z kosmického centra DAWN

„Tyto galaxie jsou jako jiskřící ostrovy v moři jinak neutrálního, neprůhledného plynu,“ vysvětlil Kasper Heintz, hlavní autor a odborný asistent astrofyziky v Cosmic Dawn Center (DAWN) na Kodaňské univerzitě v Dánsku. „Bez Webbova teleskopu bychom nebyli schopni pozorovat tyto velmi rané galaxie, natož se dozvědět tolik o jejich formování.“

„Pohybujeme se od obrazu galaxií jako izolovaných ekosystémů. V této fázi historie vesmíru jsou všechny galaxie úzce spojeny s intergalaktickým médiem s jeho vlákny a strukturami nedotčeného plynu,“ dodala Simone Nielsenová, spoluautorka a doktorandka působící rovněž na DAWN.

Před více než 13 miliardami let, během éry reionizace, byl vesmír velmi odlišným místem. Plyn mezi galaxiemi byl do značné míry neprůhledný pro energetické světlo, takže bylo obtížné pozorovat mladé galaxie. Jak se hvězdy a mladé galaxie dále formovaly a vyvíjely, začaly měnit plyn kolem sebe. Během stovek milionů let se plyn přeměnil z neutrálního, neprůhledného plynu na ionizovaný, průhledný plyn.

Detailní pozorování a analýza

Na Webbových snímcích vypadají galaxie jako slabé červené šmouhy, a proto byla pro závěry týmu kritická další data, známá jako spektra. Tato spektra ukazují, že světlo z těchto galaxií je absorbováno velkým množstvím neutrálního plynného vodíku. „Plyn musí být velmi rozšířený a pokrývat velmi velkou část galaxie,“ řekl Darach Watson, spoluautor studie, který je profesorem na DAWN. „To naznačuje, že vidíme shromažďování neutrálního vodíku do galaxií. Ten plyn se bude ochlazovat, shlukovat a tvořit nové hvězdy.“

Vesmír byl velmi odlišným místem několik set milionů let po Velkém třesku, během období známého jako éra reionizace. Plyn mezi hvězdami a galaxiemi byl z velké části neprůhledný. Plyn v celém vesmíru se stal plně průhledným asi 1 miliardu let po Velkém třesku. Hvězdy galaxií přispěly k zahřívání a ionizaci plynu kolem nich, což způsobilo, že se plyn nakonec stal zcela průhledným.

Porovnáním Webbových dat s modely formování hvězd vědci také zjistili, že tyto galaxie mají primárně populace mladých hvězd. „Skutečnost, že vidíme velké zásobníky plynu také naznačuje, že galaxie ještě neměly dostatek času na vytvoření většiny svých hvězd,“ dodal Watson.

Toto je pouze začátek

Webbův teleskop nejen plní cíle mise, které vedly k jeho vývoji a uvedení na trh, ale také je překračuje. „Před Webbem nebylo možné získat snímky a data těchto vzdálených galaxií,“ vysvětlil Gabriel Brammer, spoluautor a docent na DAWN. „Navíc jsme měli dobrý přehled o tom, co najdeme, když jsme poprvé zahlédli data – téměř jsme je objevovali pouhým okem.“

Zbývá vyřešit mnoho dalších otázek. Kde konkrétně je plyn? Kolik se ho nachází v blízkosti středů galaxií – nebo na jejich okrajích? Je plyn nedotčený nebo je již opatřen těžšími prvky? Před námi je významný výzkum. „Dalším krokem je vytvořit velké statistické vzorky galaxií a podrobně kvantifikovat prevalenci a důležitost jejich vlastností,“ řekl Heintz.

Tato práce byla publikována v časopise Science 24. května 2024.

Zdroj: https://scitechdaily.com/webb-explores-cosmic-dawn-witnessing-the-first-galaxies-feeding-on-cold-gas/

autor: František Martinek