Astronomowie odkryli na krańcach obserwowalnego Wszechświata zaskakującą populację pradawnych, silnie zapylonych galaktyk. To odkrycie może wymusić istotną korektę dotychczasowych modeli opisujących tempo i przebieg formowania się pierwszych struktur kosmicznych. Obiekty te istniały mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu, a więc w epoce, która do niedawna uchodziła za zbyt wczesną, by mogły w niej powstać tak chemicznie dojrzałe układy.
Badania przeprowadzono z wykorzystaniem dwóch najnowocześniejszych instrumentów astronomicznych: Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) oraz interferometru radiowego Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) w Chile. Międzynarodowy zespół kierowany przez naukowców z University of Massachusetts Amherst zidentyfikował niemal 70 wyjątkowo odległych galaktyk bogatych w pył kosmiczny. Wyniki opublikowano w periodyku „The Astrophysical Journal Letters”.
Kluczowym elementem odkrycia jest obecność dużych ilości pyłu oraz tzw. metali, co w terminologii astronomicznej pierwiastków cięższych od wodoru i helu. Tego typu składniki powstają w procesach zachodzących we wnętrzach gwiazd oraz podczas ich wybuchów jako supernowe. Oznacza to, że aby galaktyki mogły zawierać tak znaczną ilość pyłu i ciężkich pierwiastków, musiały już wcześniej przejść intensywne epizody formowania i ewolucji gwiazd. Innymi słowy, pierwsze pokolenia gwiazd musiały narodzić się i zakończyć swój cykl życia znacznie szybciej, niż przewidują obecne modele kosmologiczne.
Galaktyki te są trudne do wykrycia w zakresie światła ultrafioletowego i widzialnego, ponieważ pył skutecznie pochłania promieniowanie o krótszych długościach fali. Następnie nagrzany pył emituje energię w zakresie podczerwieni i fal milimetrowych. To właśnie dlatego kluczową rolę odegrały obserwacje prowadzone w podczerwieni przez JWST oraz w zakresie milimetrowym przez ALMA. Naukowcy najpierw wytypowali około 400 kandydatów na podstawie danych z ALMA, a następnie, dzięki obrazom z JWST w bliskiej podczerwieni, zawęzili próbę do około 70 najstarszych i najbardziej obiecujących obiektów. Analiza łączonych sygnałów potwierdziła, że są to rzeczywiście galaktyki sprzed około 13 miliardów lat, niezwykle bogate w pył kosmiczny.
Odkrycie sugeruje również możliwy związek ewolucyjny między różnymi typami wczesnych galaktyk. Bardzo jasne, intensywnie formujące gwiazdy układy obserwowane przez JWST mogą reprezentować młodsze stadia rozwoju. Z kolei tzw. galaktyki pasywne, w których procesy gwiazdotwórcze już wygasły, mogłyby być ich późniejszymi potomkami. Nowo zidentyfikowane galaktyki zapylone wydają się zajmować etap pośredni — łącząc fazę gwałtownego powstawania gwiazd z późniejszym okresem stabilizacji i wyciszenia aktywności.
Jeśli ta hipoteza zostanie potwierdzona, konieczna będzie rewizja chronologii ewolucji wczesnego Wszechświata. Dotychczasowe modele zakładały stopniowe wzbogacanie materii w ciężkie pierwiastki i wolniejszy rozwój galaktyk. Tymczasem nowe obserwacje wskazują, że procesy te mogły zachodzić znacznie szybciej i rozpocząć się wcześniej, niż dotąd sądzono.
Astronomowie podkreślają, że bez międzynarodowej współpracy oraz dostępu do najnowocześniejszych teleskopów takie odkrycie nie byłoby możliwe. Badania nad tymi niezwykle odległymi galaktykami trwają, a ich dalsza analiza może pomóc lepiej zrozumieć, kiedy zapłonęły pierwsze gwiazdy i w jaki sposób Wszechświat został wzbogacony w pierwiastki, które dziś stanowią budulec planet — i życia.