Teleskop Webba odkrył poprzeczkę w galaktyce z początków Wszechświata

Galaktyka z początków Wszechświata odkryta przez Teleskop Webba posiada poprzeczkę gwiazdową, która według obecnych teorii nie powinna istnieć tak wcześnie po Wielkim Wybuchu. Obserwacje GN20 mogą zmienić wiedzę o formowaniu się galaktyk.

Poprzeczka w galaktyce z wczesnego Wszechświata

W ramach nowego badania naukowcy pod kierownictwem Leinderta A. Boogaarda z Leiden University, wykorzystując Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, odkryli poprzeczkę zbudowaną z gwiazd w GN20 – masywnej galaktyce istniejącej zaledwie 1,5 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Badanie zostało opublikowane w serwisie arXiv.

Poprzeczki to wydłużone układy gwiazd przecinające centrum galaktyk, obracające się jako jedna sztywna struktura. Podczas swojego ruchu działają podobnie do lejka, wciągając gaz do centrum galaktyki, co może wywoływać intensywne formowanie gwiazd, dostarczać materiał czarnej dziurze i formować gęste jądro. W pobliskim Wszechświecie poprzeczki są powszechne – nawet Droga Mleczna posiada taką strukturę.

Dlaczego odkrycie jest niezwykłe?

Astronomowie uważają jednak, że formowanie poprzeczki jest powolnym procesem trwającym miliardy lat. Wczesne galaktyki były także znacznie bogatsze w gaz, a dotychczas sądzono, że tłumi on lub opóźnia powstawanie tych struktur. Dlatego gdy Teleskop Webba odkrył poprzeczki w galaktykach istniejących w ciągu pierwszych 2 miliardów lat po Wielkim Wybuchu, podważyło to oczekiwania wynikające z modelu standardowego.

W czasie nowego badania naukowcy przyjrzeli się bliżej GN20 – masywnej galaktyce bogatej w gaz. Obiekt ten jest niezwykle odległy, słabo widoczny i spowity pyłem, jednak instrumenty Teleskopu Webba pozwoliły uchwycić jego wewnętrzną strukturę.

Pomiar tego, jak jasność światła galaktyki zmieniała się i rozchodziła od centrum na zewnątrz – znany również jako analiza izofotowa (isophotal analysis) – ujawnił wyraźną strukturę poprzeczki rozciągającą się na długości około siedmiu kiloparseków (ponad 22 800 lat świetlnych). Struktura pokrywa się również z cechą przypominającą poprzeczkę widoczną w pyle zmapowanym przez teleskop Northern Extended Millimeter Array (NOEMA).

Zdaniem badaczy to odkrycie jest niezwykłe, ponieważ według teorii ta struktura technicznie nie powinna istnieć. Zazwyczaj formujące się poprzeczki zapadają się pod własnym ciężarem, a nawet jeśli przetrwają, to osiągnięcie długości siedmiu kiloparseków powinno zająć miliardy lat, a obfitość gazu powinna opóźnić lub zatrzymać ich powstawanie.

„Nasze nowe wyniki pokazują, że wszystkie przeszkody mogły zostać pokonane dzięki jednemu czynnikowi bezpośrednio wskazywanemu przez obserwacje – obecności silnie turbulentnego gazu w wewnętrznym dysku” – tłumaczą naukowcy.

Poprzeczka może napędzać narodziny gwiazd

Astronomowie podkreślają jednak, że oszacowanie masy gwiazdowej poprzeczki i regionów centralnych jest utrudnione przez ogromne ilości pyłu w galaktyce, a część pomiarów będzie wymagała lepszych danych. Podkreślają jednak, że nie zmienia to głównego wniosku, iż GN20 jest układem bogatym w gaz, z poprzeczką w swoim centrum.

Obserwacje pokazują również, gdzie koncentruje się formowanie gwiazd. Tam, gdzie poprzeczka łączy się z zewnętrznym dyskiem po południowej stronie, gaz gromadzi się i tworzy obszar intensywnego powstawania gwiazd. W centrum poprzeczka kieruje materię do wnętrza, zasilając wzmożone tempo formowania się gwiazd w jądrze galaktyki i prawdopodobnie dostarczając materiał supermasywnej czarnej dziurze – co może być głównym źródłem niezwykle wysokiego tempa formowania gwiazd w GN20, przekraczającego 1000 mas Słońca rocznie.

Możliwe wyjaśnienie powstawania „martwych” galaktyk

Jak wskazują naukowcy, obiekty podobne do GN20 mogą nie być jedynie etapem ewolucji galaktyk. Tempo formowania gwiazd napędzane przez poprzeczkę mogłoby wyjaśnić kolejną zagadkę Wszechświata – gdy gaz potrzebny do formowania gwiazd zostanie wyczerpany, galaktyka przestaje tworzyć nowe gwiazdy i staje się „martwa”. Może to być brakujące ogniwo wyjaśniające, w jaki sposób masywne, martwe galaktyki eliptyczne obserwowane we współczesnym Wszechświecie stały się takie oraz dlaczego część z nich zakończyła tworzenie gwiazd tak wcześnie.

Emil Gołoś