Wczesny Wszechświat był miejscem burzliwym, pełnym gwałtownych zderzeń i spektakularnych narodzin. Teraz, dzięki niezwykłym możliwościom Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), naukowcy mieli okazję zajrzeć w ten odległy czas i być świadkami prawdziwego kosmicznego „demolition derby”. Okazuje się, że odkrycie aż sześciu galaktyk łączących się w jeden, gigantyczny obiekt, który stanie się jedną z najmasywniejszych galaktyk we Wszechświecie, rzuca nowe światło na procesy formowania się struktur kosmicznych i ewolucję supermasywnych czarnych dziur.

Ta przełomowa obserwacja nie była przypadkowa. Początkowo, radioastronomowie natknęli się na tajemnicze emisje, sugerujące obecność nieznanej, aktywnej czarnej dziury. Kiedy JWST skierował swoje czułe instrumenty w ten rejon nieba, naukowcy byli zdumieni. „Nie znaleźliśmy pojedynczej galaktyki, ale cały kompleks składający się z co najmniej sześciu galaktyk” – powiedział Aayush Saxena z Uniwersytetu Oksfordzkiego. Obiekty te, zbiorczo nazwane TGSSJ1530+1049, znajdują się przy przesunięciu ku czerwieni o wartości 4.0, co oznacza, że obserwujemy je takimi, jakimi były około 12 miliardów lat temu – zaledwie 1,8 miliarda lat po Wielkim Wybuchu.

Narodziny Supergalaktyki

Obrazy uzyskane przez kamerę bliskiej podczerwieni (NIRCam) JWST przedstawiają te sześć galaktyk jako rozmyte struktury, niezwykle przypominające odległą wersję Kwintetu Stephana – grupy pięciu galaktyk, z których cztery zmierzają ku połączeniu, tworząc gigantyczną galaktykę eliptyczną. Podobnie i tu, sześć galaktyk TGSSJ1530+1049 przejdzie serię szybkich fuzji, aby stać się tak zwaną „najjaśniejszą galaktyką gromady” – ogromną galaktyką eliptyczną, typową dla centrów gromad galaktyk. „Nazywamy takie struktury protogromadami: prekursorami olbrzymich zbiorów galaktyk, które widzimy dzisiaj” – wyjaśnił Roderik Overzier z Leiden. „Uważamy, że jesteśmy świadkami rzadkiego momentu, gdy kilka masywnych galaktyk wciąż istnieje oddzielnie, ale już jest w trakcie tworzenia znacznie większej galaktyki.”

Serce kataklizmu: czarna dziura

W sercu tego galaktycznego maelstromu już powstała supermasywna czarna dziura. Obserwacje radiowe, przeprowadzone przy użyciu Europejskiej Sieci VLBI (Very Long Baseline Interferometer) oraz brytyjskiej e-MERLIN (Enhanced Multi-Element Remotely Linked Interferometer Network), z imponującą rozdzielczością rzędu 100 milisekund łuku, ujawniły charakterystyczne radiowe dżety i gorące punkty. Są one typowe dla aktywnej czarnej dziury, której strumienie materii oddziałują z otaczającym gazem. „Korzystając z sieci połączonych radioteleskopów, byliśmy w stanie uzyskać bardzo ostry obraz TGSSJ1530+1049” – skomentowała Krisztina Gabányi z Uniwersytetu Eötvösa Loránda w Budapeszcie. „Emisja radiowa jest wytwarzana, gdy materia wpada do czarnej dziury, podczas gdy część z niej jest ponownie wyrzucana z dużą prędkością.” Co ciekawe, dżet nie rozciąga się jeszcze na wszystkie galaktyki w TGSSJ1530+1049, co sugeruje, że czarna dziura jest wciąż stosunkowo młoda.

Niezwykła skala i tempo

Mimo że sześć galaktyk TGSSJ1530+1049 rozciąga się na obszarze zaledwie kilkudziesięciu tysięcy lat świetlnych – co jest mniejszą przestrzenią niż nasza własna Droga Mleczna – to skupiają w sobie ogromną ilość gwiazd, równoważną setkom miliardów mas Słońca. Tempo formowania się nowych gwiazd jest tutaj wręcz zdumiewające, szacowane na 70–163 mas Słońca rocznie. Dla porównania, Droga Mleczna produkuje znacznie mniej niż dziesięć mas Słońca rocznie. Ta kosmiczna strefa zwarcia jest jednym z najgęstszych zbiorów masywnych galaktyk, jakie do tej pory odkryto we wczesnym Wszechświecie.

Klucz do zrozumienia wszechświata

Odkrycie TGSSJ1530+1049 dostarcza naukowcom ekscytujących wskazówek dotyczących tego, jak formowały się najmasywniejsze galaktyki, gromady galaktyk i supermasywne czarne dziury we Wszechświecie. Możliwość śledzenia zarówno budowy gigantycznej galaktyki, jak i wzrostu czarnej dziury w jej centrum, to prawdziwy dar dla kosmologów. „To przełom, na który czekaliśmy, pozwalający nam zrozumieć fundamentalne procesy kształtujące kosmiczną architekturę” – podkreślają badacze. Te bezcenne dane zostały opublikowane w prestiżowych czasopismach naukowych: obserwacje JWST w The Open Journal of Astrophysics, a pomiary radiowe w Astronomy & Astrophysics.