Podczas obserwacji prowadzonych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba astronomowie odkryli najstarszą nieaktywną galaktykę zwaną Jades-GS-Z7-01-QU. To drugie oszałamiające odkrycie nieaktywnej galaktyki po 2019 roku. Następnie badacze odkryli największą jak dotąd „martwą” galaktykę, XMM-2599.

Pierwsza uśpiona galaktyka, jaką kiedykolwiek odkryto

Galaktyka, skatalogowana jako Jades-GS-Z7-01-QU, jest pierwszą nieaktywną lub nieaktywną galaktyką – zwaną także „martwą” galaktyką – odkrytą jak dotąd we wszechświecie. Poprzedni zapis miał miejsce około 1,2 miliarda lat po Wielkim Wybuchu, czyli około 14 do 13,8 miliardów lat temu.

Według teorii Wielkiego Wybuchu Wszechświat w jednej chwili wyłonił się ze stanu ekstremalnej temperatury i gęstości. Zalążek wszechświata był znacznie mniejszy od atomu i zawierał całą materię i energię rozproszoną obecnie na miliardy lat świetlnych. Z tej materii powstało wszystko: słońce i gwiazdy, materia i promieniowanie oraz życie.

Astronomowie nie wiedzą, dlaczego powstawanie gwiazd w Jades-GS-Z7-01-QU nagle ustało. Nie spodziewali się, że taka „martwa” galaktyka będzie istnieć tak wcześnie we wszechświecie. Naukowcy w czasopiśmie twierdzą jednak, że w późniejszej erze kosmicznej ewolucji możliwe jest ponowne powstanie nowych gwiazd. „Natura” („Galaktyka, która niedawno zgasła 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu”).

Ciche galaktyki bez powstawania gwiazd

W naszej Galaktyce Drogi Mlecznej jest wiele obszarów, w których pod ciśnieniem obłoków gazu nieustannie tworzy się wiele nowych gwiazd. Nie dotyczy to jednak wszystkich galaktyk. Istnieją również ciche galaktyki, w których nie obserwuje się znaczącego powstawania gwiazd. Astrofizycy nie wiedzą jeszcze, dlaczego istnieje ta różnica i od kiedy istnieje w historii kosmosu.

„Bezpośrednia obserwacja nieaktywnych galaktyk we wczesnym Wszechświecie ma zatem ogromne znaczenie dla naszego zrozumienia powstawania i ewolucji galaktyk” – wyjaśnia Tobias Loeser z Uniwersytetu w Cambridge w Wielkiej Brytanii i jego współpracownicy.

Patrząc w kosmiczną przeszłość

Dlatego zespół wykorzystał Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do poszukiwania galaktyk na ogromnych odległościach. Ponieważ w astronomii spojrzenie w wielką odległość jest także spojrzeniem w kosmiczną przeszłość.

Jeśli światło z galaktyki potrzebuje dziesięciu miliardów lat, aby dotrzeć do Ziemi, badacze widzą ten układ gwiezdny tak, jak wyglądał dziesięć miliardów lat temu.

13,1 miliarda lat temu: Galaktyka Jades-GS-Z7-01-QU

Światło z galaktyki Jades-GS-Z7-01-QU, którą zespół właśnie odkrył, potrzebuje 13,1 miliarda lat, aby dotrzeć do Ziemi. Naukowcy przyglądają się epoce, w której Wszechświat miał około 700 do 800 milionów lat.

Jak podają Tobias Loeser i współpracownicy, galaktyka emituje promieniowanie, które wskazuje na krótką fazę aktywnego powstawania gwiazd. Loeser i jego współpracownicy spekulują, że powstawanie gwiazd mogło wyczerpać dostępny gaz w galaktyce szybciej, niż może napływać z zewnątrz.

Albo powstawanie gwiazd było tak gwałtowne, że energetyczne promieniowanie gorących młodych gwiazd wydmuchało gaz z galaktyki. A może nastąpił wybuch promieniowania z dużej czarnej dziury w centrum układu, który faktycznie zatrzymał powstawanie gwiazd.

Mała galaktyka z wczesnych stadiów kosmosu

Astronomów zaskakuje także niska masa całkowita Jades-GS-Z7-01-QU. Ma masę około 500 milionów mas Słońca i jest podobna pod względem wielkości do Małego Obłoku Magellana, galaktyki satelitarnej Drogi Mlecznej.

Wszystkie znane dotychczas ciche galaktyki w młodym wszechświecie są znacznie większe, a ich masy przekraczają dziesięć miliardów mas Słońca. Naukowcy podkreślają, że niska masa może sprawić, że galaktyka będzie szczególnie wrażliwa na efekty sprzężenia zwrotnego, które mogą prowadzić do zaprzestania powstawania gwiazd.

Młody wszechświat był kosmicznym kotłem

„Wydaje się, że w młodym wszechświecie wszystko działo się szybciej i bardziej dramatycznie” – mówi Tobias Loeser. „Galaktyki mogły w tym czasie szybciej przechodzić z fazy powstawania gwiazd do fazy spoczynku”.

Obecność tak masywnej galaktyki w tak wczesnym okresie stanowi poważne wyzwanie dla modeli astronomicznych, dodaje Gillian Wilson z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside.

XMM-2599: Wczesna „martwa” galaktyka-potwora

Astronomowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside dokonali w 2019 roku podobnie oszałamiającego odkrycia, które obejmowało także „martwą” galaktykę. Zespół astronomów pod przewodnictwem Benjamina Forresta odkrył jak dotąd najbardziej masywną martwą galaktykę we wszechświecie, którą nazwał XMM-2599.

Jest to ogromna gromada gwiazd, w której nie ma aktywnego formowania się gwiazd. Badanie przeprowadzono w lutym 2020 roku „Listy z dziennika astrofizycznego” opublikowany.

Galaktyka XMM-2599 zaczęła być nieaktywna dwanaście miliardów lat temu

Podobnie jak znacznie mniejsza „martwa” galaktyka Jades-GS-Z7-01-QU, galaktyka powstała około miliard lat po Wielkim Wybuchu i dlatego jest uważana za kosmicznego Metuszelacha. Pomimo zaawansowanego wieku, gigantyczna galaktyka zawiera rekordową liczbę gwiazd. Prawie dwa miliardy lat po Wielkim Wybuchu — 12 do 11,8 miliarda lat temu — XMM-2599 zawierał ponad 300 miliardów mas Słońca.

Kiedy Wszechświat miał mniej niż miliard lat, galaktyka ta wytwarzała gwiazdy o masie większej niż tysiąc Słońca rocznie. Tempo powstawania gwiazd jest bardzo wysokie. Nasza galaktyka Droga Mleczna produkuje tylko jedną gwiazdę rocznie, pomimo masy wynoszącej 1,5 biliona mas Słońca.

Dla informacji: Masy gwiazd i innych obiektów astronomicznych większych od planet są niewyobrażalnie duże. Aby przybliżyć jego wielkość, astronomowie wykorzystują Słońce i jego masę jako obiekt porównawczy. Zatem obiekt o masie dziesięciokrotnie większej od masy Słońca ma masę dziesięciokrotnie większą od masy Słońca.

Ale wtedy XMM-2599 nagle zatrzymał cały proces powstawania gwiazd. Wszechświat miał około 2 do 1,8 miliarda lat. Od tego czasu galaktykę uważa się za „martwą”, tj. nieaktywną i najbardziej masywną nieaktywną galaktykę w historii.

Informacje: Teoria Wielkiego Wybuchu

Teoria Wielkiego Wybuchu
Zgodnie z teorią Wielkiego Wybuchu nasz Wszechświat wyłonił się z niezwykle gorącego i gęstego stanu – Wielkiego Wybuchu – około 14 do 13,8 miliardów lat temu. „Hipoteza ta zakłada, że ​​cała materia we wszechświecie powstała w wyniku jednego wielkiego wybuchu w odległej przeszłości” – powiedział astronom i matematyk Fred Hoyle (1915-2001).

Punkt pierwotny
Zalążek wszechświata był znacznie mniejszy od atomu i zawierał całą materię i energię rozproszoną obecnie na miliardy lat świetlnych. Z tej materii powstało wszystko: słońce i gwiazdy, materia i promieniowanie oraz życie. Po prostu wszystko. W pewnym momencie – fizycy nie wiedzą dlaczego – ta maleńka, gęsto upakowana, niewyobrażalnie gorąca przestrzeń nagle zaczęła rozszerzać się na wszechświat. I czyni to do dziś.

Odkrycie
To ksiądz katolicki jako pierwszy usłyszał o Wielkim Wybuchu wszechświata i w ten sposób ustalił teorię Wielkiego Wybuchu: belgijski jezuita i astrofizyk Georges Lemaitre (1894-1966). W 1927 roku, dwa lata przed amerykańskim astronomem Edwinem Hubble'em (1889-1953), któremu wciąż przypisuje się odkrycie rozszerzającego się wszechświata, Lemaitre opublikował swoje studium ekspansji wszechświata.

istnienie
25 kwietnia 1927 roku belgijski Lemaître zaledwie położył podwaliny pod nasz współczesny obraz dynamicznego, rozszerzającego się wszechświata. Jego epokowe badanie nosiło długi tytuł „Univers Homogene de Masse Constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nebuleuses extra-galactiques” – „Jednorodny wszechświat o stałej masie i rosnącym promieniu jako wyjaśnienie prędkości radialnej”. „Mgławice pozagalaktyczne” – ukazały się w Proceedings of „Annales de la Société Scientifique de Bruxelles”, mało znanego czasopisma fizycznego.

ekspansja
Opierając się na ogólnej teorii względności Alberta Einsteina (1879-1955) i teorii dynamicznego wszechświata rosyjskiego matematyka Aleksandra Aleksandrowicza Friedmana (1888-1925) doszedł do wniosku, że wszechświat stale rozszerza się w przestrzeni po swojej kreacja.