Astronomowie twierdzą, że jedna z najodleglejszych galaktyk, jakie kiedykolwiek zaobserwowano, prawdopodobnie się obraca. Międzynarodowy zespół kierowany przez Tsuyoshi Tokuokę z Uniwersytetu Waseda w Japonii odkrył ten ruch na podstawie obserwacji z Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA) w Chile. Wynik dostarcza kluczowych nowych informacji na temat ewolucji nowo powstałych galaktyk i może dostarczyć przydatnych wskazówek dla nadchodzących obserwacji za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST).
Kiedy galaktyki zaczęły się formować, wszechświat znajdował się w „ciemnych wiekach” – okresie, w którym praktycznie cała materia była chłodna i przezroczysta. Gdy materia zapadała się pod wpływem grawitacji, formowały się galaktyki, zapoczątkowując formowanie się gwiazd w powstających centrach galaktyk i wyzwalając tak zwaną „epokę rejonizacji”, która zakończyła średniowiecze. Stamtąd formacja gwiazd rozprzestrzeniła się na obracające się dyski galaktyczne, w których obecnie rezydują nowsze gwiazdy.
Astronomowie wciąż muszą się wiele nauczyć o fizyce, która rządziła tymi starożytnymi galaktykami. Aby rzucić nowe światło na te pytania, w tym na pochodzenie rotacji galaktyk, Tokuoka i współpracownicy zwrócili się ku obserwacjom z ALMA. Dzięki imponującej rozdzielczości przestrzennej i częstotliwościowej instrument ten zrewolucjonizował obserwacje odległych, silnie przesuniętych ku czerwieni galaktyk.
W najnowszym badaniu naukowcy wykorzystali ALMA do zbadania MACS1149-JD1: soczewkowanej grawitacyjnie galaktyki, która znajduje się w odległości ponad 10 miliardów lat świetlnych, co czyni ją jednym z najodleglejszych obiektów, jakie kiedykolwiek potwierdzono. Za pomocą spektroskopii astronomowie odkryli, że JD1 zawiera populację gwiazd liczącą około 300 milionów lat, a jej początki sięgają ciemnych wieków Wszechświata – zaledwie 270 milionów lat po Wielkim Wybuchu.
Różne przesunięcia ku czerwieni
Zespół zbadał charakterystyczne długości fal emitowanych przez podwójnie zjonizowany tlen (O III) w JD1. Gaz ten jest powszechnie spotykany w pozostałościach supernowych, co czyni go kluczowym składnikiem materii w ośrodku międzygwiazdowym. Dzięki rozdzielczości ALMA zespół był w stanie zidentyfikować różnice w przesunięciu ku czerwieni emisji O III w różnych częściach galaktyki. Ujawniło to gradient prędkości materii w ośrodku międzygwiazdowym JD1 – z jedną stroną galaktyki wykazującą wyraźnie inne przesunięcie ku czerwieni.
Ta obserwacja spełniła prawie wszystkie kryteria, które muszą zostać spełnione, aby potwierdzić, że galaktyka się obraca, co czyni ją najwcześniejszym przykładem obracającego się dysku, jaki kiedykolwiek odkryto. Jego prędkość obrotowa była również znacznie mniejsza niż w innych galaktykach, w tym w naszej własnej – co sugeruje, że ruch obrotowy JD1 jest wciąż na wczesnym etapie.
Badanie rotacji galaktyki wyklucza zmodyfikowaną grawitację, czy tak?
Wynik, który jest opisany w The Astrophysical Journal Letters, oznacza, że astronomowie mają zapis prędkości rotacji galaktyk obejmujący ponad 95% całej historii Wszechświata, co według członków zespołu jest ważnym krokiem w zrozumieniu ewolucji fizycznych cech galaktyk. Tokuoka i współpracownicy mają teraz nadzieję, że odpowiedź na wiele pozostałych pytań zostanie wkrótce udzielona z pomocą JWST, co powinno umożliwić im identyfikację wieku określonych populacji gwiazd w galaktyce.
