Jak mogły powstawać największe galaktyki we wczesnym Wszechświecie

Astronomowie odkryli zwartą grupę sześciu młodych galaktyk istniejącą zaledwie 1,2 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Obserwacje mogą pomóc lepiej zrozumieć, jak powstawały największe galaktyki we wczesnym Wszechświecie.

Jak mogły powstawać największe galaktyki we wczesnym Wszechświecie

W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Ronaldo Laishrama z National Astronomical Observatory of Japan odkryli niezwykle małą grupę sześciu młodych galaktyk, istniejącą zaledwie 1,2 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Może to pomóc astronomom lepiej zrozumieć, jak powstawały największe galaktyki we wczesnym Wszechświecie. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

Model Lambda-CDM, jeden z najpowszechniej uznawanych modeli kosmologicznych, zakłada, że galaktyki powstawały przede wszystkim w sposób hierarchiczny poprzez łączenie się. Oznacza to, że rosły stopniowo, gdy mniejsze obiekty łączyły się ze sobą przez miliardy lat. Obserwacje gęstych obszarów we wczesnym Wszechświecie pomagają naukowcom testować te założenia.

Regiony te, znane jako protogromady i protogrupy galaktyk, są młodymi skupiskami galaktyk stłoczonymi na obszarze liczącym zaledwie kilkadziesiąt tysięcy lat świetlnych i stanowią wyjątkowo krótki oraz intensywny etap ewolucji tego rodzaju obiektów. Ich wykrycie wymaga teleskopów wystarczająco czułych, by dostrzec słabe galaktyki o niewielkiej masie na ogromnych odległościach, a jednocześnie na tyle precyzyjnych, aby potwierdzić, że rzeczywiście są one związane ze sobą grawitacyjnie.

SCGG-z5 uchwycona przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba

W nowym badaniu naukowcy przeanalizowali jedną z takich zwartych protogrup galaktyk o przesunięciu ku czerwieni z = 4,97, oznaczoną jako SCGG-z5. Składała się ona z sześciu galaktyk, których odległości zostały potwierdzone metodą spektroskopową. Oznacza to, że odległość do każdej z nich określono na podstawie charakterystycznych linii widmowych ich światła, a nie jedynie na podstawie barwy i jasności.

Korzystając z obrazów wykonanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) w ramach przeglądu SAPPHIRES, naukowcy odkryli, że sześć galaktyk znajduje się na niewielkim obszarze nieba o rozmiarach zaledwie 16 tys. parseków (około 52 tys. lat świetlnych), czyli mniej więcej połowy średnicy Drogi Mlecznej.

Sześć galaktyk w trakcie ewolucji

Po określeniu masy gwiazdowej oraz mas poszczególnych galaktyk badacze ustalili, że trzy z nich wykazywały tempo formowania gwiazd typowe lub wyższe od przeciętnego dla swojej epoki, przy czym jedna tworzyła nowe gwiazdy w tempie wyraźnie większym, niż oczekiwali badacze.

Zdaniem astronomów wszystkie sześć galaktyk miało zaburzone i nieregularne kształty, co odpowiadało obrazowi układu podlegającego silnym oddziaływaniom grawitacyjnym lub znajdującego się w trakcie procesu łączenia. Mapy formowania gwiazd wskazały, że gaz mógł być kierowany do wnętrza, w stronę jąder niektórych obiektów. Może to sugerować wzrost od środka ku zewnętrznym obszarom części z nich. Najbardziej masywna galaktyka wykazywała jednak przeciwny schemat. Jak wskazują badacze, jej centrum było spokojniejsze, natomiast większa aktywność występowała na obrzeżach.

Badacze sugerują, że zróżnicowane właściwości poszczególnych galaktyk wskazywały, iż środowisko grupy już różnicowało ścieżki ewolucyjne jej członków na długo przed połączeniem się całego układu.

Przyszłość układu

Analizując wzajemne prędkości sześciu galaktyk, badacze stwierdzili, że jest to dynamiczny i niestabilny układ, a nie spokojny system. Obiekty poruszały się względem siebie na tyle szybko, że w ciągu około 14 milionów lat mogą wielokrotnie zbliżać się na niewielkie odległości.

Astronomowie przewidują, że wszystkie sześć galaktyk SCGG-z5 całkowicie połączy się mniej więcej 400 milionów lat od momentu, w którym zostały pierwotnie zaobserwowane. Następnie nowo powstały obiekt będzie nadal rósł, osiągając masę gwiazdową odpowiadającą około 100 miliardom mas Słońca. Może to oznaczać wczesny etap formowania się przyszłej centralnej i najjaśniejszej galaktyki gromady.

Badacze sugerują, że cały proces powstawania tego układu, od rozpoczęcia formowania gwiazd do ostatecznego połączenia wszystkich galaktyk, będzie trwał około 800 milionów lat. Oznaczałoby to, że SCGG-z5 została uchwycona w krótkim momencie swojej kosmicznej historii, w trakcie przekształcania się w znacznie większy obiekt. Jak podkreślają naukowcy, SCGG-z5 pomaga lepiej zrozumieć to, jak formowały się grupy galaktyk w pierwszym miliardzie lat istnienia Wszechświata.

Emil Gołoś