Druga i četvrta najudaljenija galaksija ikada posmatrana otkrivena je u oblasti svemira poznatom kao Pandorina jata, ili Abel 2744, koristeći podatke NASA-inog svemirskog teleskopa Džejms Veb (JVST).
Prateći sliku dubokog polja ove oblasti, međunarodni tim predvođen istraživačima Penn State-a potvrdio je udaljenost ovih drevnih galaksija i zaključio njihova svojstva koristeći nove spektroskopske podatke – informacije o svetlosti koja se emituje kroz elektromagnetni spektar – iz JVST-a. Na udaljenosti od skoro 33 milijarde svetlosnih godina, ove neverovatno udaljene galaksije pružaju uvid u to kako su se najranije galaksije mogle formirati.
Za razliku od drugih galaksija potvrđenih na ovoj udaljenosti koje se pojavljuju na slikama kao crvene tačke, nove galaksije su veće i izgledaju kao kikiriki i pahuljasta lopta, prema istraživačima.
„Vrlo malo se zna o ranom univerzumu, a jedini način da saznamo o tom vremenu i testiramo naše teorije o formiranju i rastu ranih galaksija je sa ovim veoma udaljenim galaksijama“, rekao je prvi autor Bingjie Vang, član JVST UNCOVER tima koji je sproveo istraživanje.
„Pre naše analize, znali smo za samo tri galaksije koje su potvrđene na ovoj ekstremnoj udaljenosti. Proučavanje ovih novih galaksija i njihovih svojstava otkrilo je raznolikost galaksija u ranom univerzumu i koliko se od njih može naučiti.“
Pošto je svetlost ovih galaksija morala da putuje toliko dugo da bi stigla do Zemlje, ona pruža prozor u prošlost. Istraživački tim procenjuje da su svetlost koju je otkrio JVST emitovale dve galaksije kada je univerzum bio star oko 330 miliona godina i da je putovao oko 13,4 milijarde svetlosnih godina da bi stigao do JVST. Ali, rekli su istraživači, galaksije su trenutno bliže 33 milijarde svetlosnih godina od Zemlje zbog širenja univerzuma tokom ovog vremena.
„Svetlost ovih galaksija je drevna, oko tri puta starija od Zemlje“, rekao je Džoel Leja, docent za astronomiju i astrofiziku u Penn State i član UNCOVER-a. „Ove rane galaksije su poput svetionika, sa svetlošću koja probija kroz veoma tanak gas vodonika koji je činio rani univerzum. Samo pomoću njihove svetlosti možemo početi da razumemo egzotičnu fiziku koja je upravljala galaksijom u blizini kosmičke zore.“
Primetno je da su dve galaksije znatno veće od tri galaksije koje su se ranije nalazile na ovim ekstremnim rastojanjima. Jedan je najmanje šest puta veći na oko 2.000 svetlosnih godina u prečniku. Poređenja radi, Mlečni put je otprilike 100.000 svetlosnih godina u prečniku, ali, rekao je Vang, smatra se da je rani univerzum bio veoma komprimovan, pa je iznenađujuće da je galaksija tolika koliko i jeste.
„Ranije otkrivene galaksije na ovim udaljenostima su tačkasti izvori – pojavljuju se kao tačka na našim slikama“, rekao je Vang.
„Ali jedan od naših izgleda izduženo, skoro kao kikiriki, a drugi kao pahuljasta lopta. Nejasno je da li je razlika u veličini posledica toga kako su se zvezde formirale ili šta se sa njima dogodilo nakon što su se formirale, ali različitost u svojstva galaksija su zaista interesantna. Očekuje se da su ove rane galaksije nastale od sličnih materijala, ali već pokazuju znake da su veoma različite jedna od druge.“
Dve galaksije su bile među 60.000 izvora svetlosti u Pandorinom jatu otkrivenih na jednoj od prvih slika dubokog polja JVST-a snimljenih tokom 2022. godine, prve godine naučnih operacija. Ovaj region svemira je delimično odabran zato što se nalazi iza nekoliko klastera galaksija koji stvaraju prirodni efekat uvećanja koji se naziva gravitaciono sočivo.
Gravitaciono privlačenje kombinovane mase klastera iskrivljuje prostor oko sebe, fokusirajući i uvećavajući svaku svetlost koja prođe u blizini i pružajući uvećan pogled iza klastera.
Za nekoliko meseci, tim UNCOVER-a suzio je 60.000 izvora svetlosti na 700 kandidata za naknadnu studiju, od kojih su osam mislili da bi potencijalno mogli biti među prvim galaksijama. Zatim je JVST ponovo pokazao na Pandorin klaster, beležeći spektre kandidata – neku vrstu otiska prsta koji opisuje količinu svetlosti koja se emituje na svakoj talasnoj dužini.
„Nekoliko različitih timova koristi različite pristupe u potrazi za ovim drevnim galaksijama i svaka ima svoje prednosti i slabosti“, rekla je Leja.
„Činjenica da uperimo u ovo ogromno sočivo za uvećanje u svemiru nam daje neverovatno dubok prozor, ali to je veoma mali prozor, tako da smo bacali kockice. Nekoliko kandidata je bilo neubedljivo, a najmanje jedan je bio slučaj pogrešan identitet — to je bilo nešto mnogo bliže što oponaša daleku galaksiju. Ali imali smo sreće i ispostavilo se da su dve ove drevne galaksije. To je neverovatno.“
Istraživači su takođe koristili detaljne modele da bi zaključili svojstva ovih ranih galaksija kada su emitovali svetlost koju je otkrio JVST. Kao što su istraživači očekivali, dve galaksije su bile mlade, imale su malo metala u svom sastavu i brzo su rasle i aktivno su formirale zvezde.
„Prvi elementi su iskovani u jezgri ranih zvezda kroz proces fuzije“, rekla je Leja. „Ima smisla da ove rane galaksije nemaju teške elemente poput metala jer su bile neke od prvih fabrika koje su napravile te teške elemente. I, naravno, morale bi da budu mlade i da formiraju zvezde da bi bile prve galaksije , ali potvrđivanje ovih svojstava je važan osnovni test naših modela i pomaže u potvrđivanju cele paradigme teorije Velikog praska.“
Istraživači su primetili da bi, pored gravitacionog sočiva, moćni infracrveni instrumenti JVST-a trebalo da budu u stanju da otkriju galaksije na još većoj udaljenosti, ako postoje.
„Imali smo veoma mali prozor u ovaj region, i nismo primetili ništa izvan ove dve galaksije, iako JVST ima mogućnost“, rekla je Leja. „To bi moglo značiti da se galaksije jednostavno nisu formirale pre tog vremena i da nećemo pronaći ništa dalje. Ili bi to moglo značiti da nismo imali dovoljno sreće sa našim malim prozorom.“
Ovaj rad je rezultat uspešnog predloga koji je podnet NASA-i koji sugeriše kako da se koristi JVST tokom prve godine naučnih operacija. U prva tri ciklusa prijava, NASA je primila četiri do deset puta više predloga nego što bi dostupno vreme posmatranja na teleskopu dozvoljavalo i morala je da odabere samo delić tih predloga.
„Naš tim je bio veoma uzbuđen i pomalo iznenađen kada je naš predlog prihvaćen“, rekla je Leja. „To je uključivalo koordinaciju, brzu ljudsku akciju i dvaput uperio teleskop u istu stvar, što se mnogo traži od teleskopa u prvoj godini. Bilo je mnogo pritiska jer smo imali samo nekoliko meseci da odredimo objekte za Ali JVST je napravljen za pronalaženje ovih prvih galaksija, i tako je uzbudljivo raditi to sada.“
Pored Penn State, tim uključuje istraživače sa Univerziteta Teksas u Ostinu, Tehnološkog univerziteta Svinburn u Australiji, Univerziteta Ben-Gurion u Negevu u Izraelu, Univerziteta Jejl, Univerziteta u Pitsburgu, Univerziteta Sorbona u Francuskoj, Univerziteta Kopenhagenu u Danskoj, Univerzitetu u Ženevi u Švajcarskoj, Univerzitetu Masačusetsa, Univerzitetu Groningen u Holandiji, Univerzitetu Prinston, Univerzitetu Vaseda u Japanu, Univerzitetu Tafts i Nacionalnoj laboratoriji za optičko-infracrveno astronomsko istraživanje (NOIR).
