ALMA i VLT odkrywają dowody na formowanie gwiazd 250 milionów lat po Wielkim Wybuchu

Credit:
ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), NASA/ESA Hubble Space Telescope, W. Zheng (JHU), M. Postman (STScI), the CLASH Team, Hashimoto et al.

Astronomowie wykorzystali obserwacje prowadzone za pomocą teleskopów ALMA oraz VLT do ustalenia, że procesy gwiazdotwórcze w bardzo odległej galaktyce MACS1149-JD1 rozpoczęły się nieoczekiwanie wcześnie, zaledwie 250 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Wyniki badań przyniosły jednocześnie odkrycie najodleglejszego jak dotąd wykrytego tlenu we Wszechświecie jak i najodleglejszej galaktyki obserwowanej za pomocą ALMA czy VLT. Artykuł opisujący projekt badawczy opublikowany zostanie jutro w periodyku Nature.

Międzynarodowy zespół astronomów wykorzystał teleskop ALMA do obserwowania odległej galaktyki MACS1149-JD1. Badacze odkryli bardzo słabą poświatę emitowaną przez zjonizowany tlen w tej galaktyce. W toku podróży przez rozszerzającą się przestrzeń, to emitowane w podczerwieni promieniowanie zostało rozciągnięte ponad dziesięciokrotnie zanim dotarło do Ziemi i zostało zarejestrowane przez ALMA. Zespół badaczy ustalił, że obserwowany sygnał został wyemitowany 13,3 miliarda lat temu (czyli jakieś 500 milionów po Wielkim Wybuuchu), co sprawia, że jest to obecnie najdalej obserwowany tlen we Wszechświecie. Obecność tlenu jest wyraźnym znakiem tego, że w tej galaktyce musiały już istnieć wcześniejsze generacje gwiazd.

“To niesamowite obserwować sygnał pochodzący od tlenu w danych z ALMA” mówi Takuya Hashimoto, główny autor nowego artykułu i badacz z Osaka Sangyo University oraz National Astronomical Observatory of Japan. “To odkrycie przesuwa znane nam granice obserwowalnego Wszechświata”.

Oprócz poświaty pochodzącej od tlenu zarejestrowanej przez ALMA, teleskop VLT wykrył także słabszy sygnał emisji wodoru. Odelgłość do galaktyki określona w ramach tych obserwacji  jest zgodna z odległością okresloną na podstawie obserwacji tlenu. Dzięki temu MACS1149-JD1 jest najodleglejszą galaktyką z precyzyjnym pomiarem odległości i najodleglejszą galaktyką kiedykolwiek obserwowaną za pomocą teleskopów ALMA oraz VLT.

“Tę galaktykę obserwujemy w czasie, kiedy Wszechświat miał zaledwie 500 milionów lat, a mimo to widzimy w niej populację dojrzałych gwiazd”, mówi Nicolas Laporte, badacz z University College London (UCL) w Wielkiej Brytanii i drugi autor nowego artykułu. “Dzięki temu jesteśmy w stanie wykorzystać tę galaktykę do zbadania wcześniejszego, całkowicie nieznanego okresu historii kosmosu”.

Przez pewien okres po Wielkim Wybuchu we Wszechświecie nie było żadnego tlenu; powstał on dopiero w procesach fuzji w wnętrzach pierwszych gwiazd i został uwolniony dopiero po ich śmierci. Wykrycie tlenu w MACS1149-JD1 wskazuje, że te wcześniejsze pokolenia gwiazdy już były uformowane i wyrzuciły ze swoich wnętrz tlen zanim wszechświat osiągnął wiek 500 milionów lat.

To w takim razie kiedy zachodziły procesy powstawania tych wcześniejszych gwiazd? Aby się tego dowiedzieć, zespół badaczy zrekonstruował wcześniejszą historię MACS1149-JD1 za pomocą danych w podczerwieni zebranych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz Kosmicznego Teleskopu Spitzer. Astronomowie odkryli, że obserwowana jasność galaktyki dobrze tłumaczy model, w którym początek procesów gwiazdotwórczych miał miejsce zaledwie 250 milionów lat po powstaniu Wszechświata.

Dojrzałość gwiazd obserwowanych w MACS1149-JD1 każe stawiac pytanie o to kiedy w całkowitej ciemności zaczęły powstawać pierwsze we Wszechświecie galaktyki. Ustalając wiek MACS 1149-JD1 badacze dowiedli, że galaktyki musiały istnieć wcześniej niż te, które jesteśmy w stanie obecnie bezpośrednio dostrzec.

Richard Ellis, astronom z UCL oraz współautor artykułu podsumowuje: “Określenie tego momentu kosmicznego świtu podobne jest do odnalezienia świętego Gralla kosmologii i procesów formowania galaktyk. Dzięki nowym obserwacjom MACS1149-JD1 zbliżamy się coraz bardziej do bezpośredniego zaobserwowania narodzin światła! A skoro wszyscy zbudowani jesteśmy z pyłu gwiezdnego, to jest to tak naprawdę odkrycie początku nas samych”.

Źródło: ESO