Όταν μια ομάδα φωτονίων χτύπησε τους σχεδόν άψογους καθρέφτες του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb νωρίτερα αυτό το έτος, ταξίδευαν στο κενό για 13.4 δισεκατομμύρια χρόνια. Το φως εκπέμπεται από μακρινούς γαλαξίες σε μια εποχή που η γέννηση όλων όσων γνωρίζουμε και βλέπουμε ήταν ακόμα, με κοσμική έννοια, πρόσφατη ιστορία. Το Ancient δεν το κάνει πραγματικά δίκαιο.
Οι πρώτες εικόνες σε βαθύ πεδίο του Webb—εγγραφές με υπέρυθρες μικροσκοπικές κηλίδες ουρανού, γεμάτες γαλαξίες—πυροδότησε αναταραχή μεταξύ των αστρονόμων για να βρείτε τους αρχαιότερους γαλαξίες που φαίνονται. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble κατείχε το υπάρχον ρεκόρ με παρατηρήσεις ενός γαλαξία από τότε που το σύμπαν ήταν μόλις 400 εκατομμυρίων ετών. Οι μεγαλύτεροι καθρέφτες και η ικανότητα του Webb να βλέπει στα υπέρυθρα μέρη του φάσματος σχεδιάστηκαν για να κάνουν καλύτερα.
Την Παρασκευή, το τηλεσκόπιο απέδειξε τη δυνατότητά του όταν μια ομάδα επιστημόνων -γνωστοί από κοινού ως JADES, μια συνεργασία μεταξύ των κατασκευαστών δύο οργάνων του Webb, του NIRcam και του NIRspec- ανακοίνωσαν ότι είχαν επιβεβαιώσει τις παρατηρήσεις των παλαιότερων γαλαξιών.
«Για πρώτη φορά, έχουμε ανακαλύψει γαλαξίες μόλις 350 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και μπορούμε να είμαστε απολύτως σίγουροι για τις φανταστικές αποστάσεις τους». είπε Brant Robertson από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Santa Cruz, μέλος της επιστημονικής ομάδας NIRCam και συν-συγγραφέας σε μια πρόσφατη εργασία για το έργο.
Οι αστρονόμοι άρχισαν αρχικά να συντάσσουν μια λίστα υποψηφίων αναλύοντας δεδομένα από το όργανο NIRcam του Webb, μια εξαιρετικά ευαίσθητη κάμερα υπερύθρων. Σχεδόν αμέσως μετά τις πρώτες εικόνες του Webb κυκλοφόρησαν στο διαδίκτυο ιστορίες εξαιρετικά αρχαίων γαλαξιών.
Αλλά ενώ οι παρατηρήσεις NIRcam αποκάλυψαν έναν πλούσιο πληθυσμό στόχων που αξίζει να εξεταστούν προσεκτικότερα, η επίσημη επιβεβαίωση απαιτούσε λεπτομερή φασματοσκοπική ανάλυση.
«Είναι πολύ πιθανό οι πιο κοντινοί γαλαξίες να μεταμφιεστούν σε πολύ μακρινούς γαλαξίες», δήλωσε η αστρονόμος και συν-συγγραφέας Emma Curtis-Lake από το Πανεπιστήμιο του Hertfordshire στο Ηνωμένο Βασίλειο.
Χάρη στο NIRspec, σε δύο πρόσφατες μελέτες (εδώ και εδώ), οι ομάδες μπόρεσαν να πραγματοποιήσουν φασματοσκοπική ανάλυση - το χρυσό πρότυπο για την επιβεβαίωση της απόστασης και της ηλικίας αυτών των απίστευτα αμυδρά πρώιμων γαλαξιών - για μια σειρά υποψηφίων. Αν και καμία μελέτη δεν έχει ακόμη αξιολογηθεί από ομοτίμους, τα ευρήματα πιθανότατα ξεπέρασαν το ρεκόρ του Hubble.
Το κομμάτι του ουρανού που παρατηρήθηκε είναι περίπου στο μέγεθος του ματιού της βασίλισσας «σε ένα νόμισμα λιβρών που κρατιέται στο μήκος του βραχίονα», δήλωσε ο Renske Smit του Πανεπιστημίου John Moores του Λίβερπουλ. είπε η BBC. Μέσα σε αυτό το μάτι υπάρχουν σχεδόν 100,000 γαλαξίες, ο καθένας που καταγράφηκε σε μια στιγμή πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.
Για να μετρήσουν την ηλικία ενός γαλαξία κοντά στην αρχή του σύμπαντος, οι επιστήμονες μετρούν την «ερυθρή μετατόπισή» του. Καθώς το φως ταξιδεύει, η διαστολή του σύμπαντος απλώνει το μήκος κύματός του, τραβώντας το στα πιο κόκκινα μέρη του φάσματος. Μερικό από το πιο αρχαίο φως έχει τεντωθεί έξω από το ορατό φάσμα και στο υπέρυθρο—η ειδικότητα του Webb.
Οι παλαιότεροι γαλαξίες δεν είναι ορατοί μόνο στο υπέρυθρο, αλλά το φάσμα τους αποκόπτεται επίσης σε ένα συγκεκριμένο σημείο λόγω της διασποράς του διαγαλαξιακού υδρογόνου. Οι αμυδροί υπέρυθροι γαλαξίες που εμφανίζουν αυτή την αποκοπή, η οποία κινείται με μεγαλύτερη μετατόπιση προς το κόκκινο, γέμισαν μια δεξαμενή υποψηφίων. Στη συνέχεια, η ομάδα αφιέρωσε χρόνο παρατήρησης 28 ωρών σε 250 από αυτές με το NIRspec. Αυτή η λεπτομερής φασματοσκοπική ανάλυση περιελάμβανε συγκεκριμένες ατομικές υπογραφές και κατέδειξε την ερυθρή μετατόπιση.
Τέσσερις γαλαξίες αποδείχθηκαν εξαιρετικά παλιοί, με μετατοπίσεις στο ερυθρό μεγαλύτερες από 10. Δύο εμφάνισαν μετατοπίσεις στο ερυθρό στο 13, από μια εποχή που το σύμπαν ήταν μόλις 330 εκατομμυρίων ετών. Η ομάδα λέει ότι αυτοί οι γαλαξίες είναι μικροί, μόλις εκατό εκατομμύρια ηλιακές μάζες, και αποτελούνται από νεαρά αστέρια ηλικίας μικρότερης των εκατό εκατομμυρίων ετών. Ο Γαλαξίας, συγκριτικά, πιστεύεται ότι έχει τουλάχιστον 100 δισεκατομμύρια αστέρια και ο ήλιος είναι περίπου 4.6 δισεκατομμυρίων ετών. Παρά το μικρότερο μέγεθός τους, η ομάδα λέει ότι αυτοί οι πρώιμοι γαλαξίες παρήγαγαν αστέρια με εκπληκτικό ρυθμό, έως και 10 φορές γρηγορότερο από γαλαξίες παρόμοιου μεγέθους πιο κοντά στη σημερινή εποχή.
Αυτοί οι γαλαξίες φαίνεται τώρα να κατέχουν το ρεκόρ για τους παλαιότερους φασματοσκοπικά επιβεβαιωμένους ποτέ, αλλά ο τίτλος μπορεί να μην κρατήσει πολύ. Αν και εξακολουθούν να περιμένουν την επιβεβαίωση, οι επιστήμονες έχουν υπολογίσει ότι ορισμένοι γαλαξίες που έχουν ήδη καταγραφεί από τον Webb είναι ακόμη μεγαλύτεροι και ο Webb σχεδιάστηκε για να βλέπει φως από εποχές ήδη 100 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
Μελετώντας τα πρώτα αστέρια και γαλαξίες, οι επιστήμονες ελπίζω να μάθουμε περισσότερα σχετικά με το σχηματισμό γαλαξιών και για να προσδιοριστεί μια περίοδος στην εξέλιξη του σύμπαντος γνωστή ως επαναιονισμός, όταν το ισχυρό φως των πρώτων αστεριών ιονίστηκε γύρω από το αέριο αφαιρώντας ηλεκτρόνια από το υδρογόνο και το ήλιο. Καθώς τα αστέρια σε αυτούς τους τέσσερις γαλαξίες μπορεί να άρχισαν να σχηματίζονται έως και 100 εκατομμύρια χρόνια νωρίτερα, αυτή η πρώτη γενιά αστεριών μπορεί να χρονολογείται ήδη από περίπου 230 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.
«Με αυτές τις μετρήσεις, μπορούμε να γνωρίζουμε την εγγενή φωτεινότητα των γαλαξιών και να καταλάβουμε πόσα αστέρια έχουν», είπε ο Robertson. «Τώρα μπορούμε να αρχίσουμε να ξεχωρίζουμε πραγματικά τον τρόπο συναρμολόγησης των γαλαξιών με την πάροδο του χρόνου».
Image Credit: NASA, ESA, CSA και STScI
