Επιστήμονες εντόπισαν οξυγόνο σε έναν γαλαξία τόσο μακρινό που το φως του ταξίδεψε 13,4 δισεκατομμύρια χρόνια για να φτάσει σε εμάς.
Η ανακάλυψη αυτή προσφέρει μια συναρπαστική ματιά στα κοσμικά γεγονότα που συνέβησαν μόλις μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά την έναρξη των πάντων.
Οι ερευνητές λένε ότι είναι το πιο μακρινό σύστημα που επιβεβαιώθηκε ότι εμφανίζει τέτοια ατομικά σήματα, αναδεικνύοντας τη δύναμη των προηγμένων τηλεσκοπίων που συνεργάζονται. Εντόπισαν επίσης έντονο σχηματισμό άστρων και ένα σχετικά χαμηλό επίπεδο βαρύτερων στοιχείων.
Σάρωση του γαλαξία για οξυγόνο
Ο Jorge Zavala, αστρονόμος στο Περιφερειακό Κέντρο ALMA της Ανατολικής Ασίας στο Εθνικό Αστρονομικό Παρατηρητήριο της Ιαπωνίας, έπαιξε καθοριστικό ρόλο σε αυτή την προσπάθεια.
«Στρέψαμε τις περισσότερες από σαράντα κεραίες των 12 μέτρων του Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) και του 6,5 μέτρων James Webb Space Telescope (JWST) για αρκετές ώρες σε μια θέση του ουρανού που θα φαινόταν εντελώς άδεια στο γυμνό ανθρώπινο μάτι», δήλωσε ο Zavala.
«Ο στόχος ήταν να συλλάβουμε ένα σήμα από ένα από τα πιο μακρινά αστρονομικά αντικείμενα που είναι γνωστά μέχρι σήμερα», σημείωσε.
Η ομάδα εντόπισε με επιτυχία την εκπομπή από διεγερμένα άτομα διαφόρων στοιχείων, όπως το υδρογόνο και το οξυγόνο. Αυτές οι εκπομπές δίνουν στους επιστήμονες μια ένδειξη για τα υλικά που δημιούργησαν τα πρώτα αστέρια.
Ασυνήθιστες συνθήκες για έναν γαλαξία
Ο γαλαξίας, που ονομάζεται GHZ2, έχει μάζα μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια φορές τον Ήλιο μας, αλλά φαίνεται να χωράει σε μια περιοχή με διάμετρο μόνο μερικές εκατοντάδες έτη φωτός.
Αυτή η πυκνότητα μπορεί να μοιάζει με αυτό που παρατηρείται σε στενά αστρικά σμήνη, γεγονός που εγείρει ερωτήματα σχετικά με το πώς σχηματίστηκαν τέτοιες πολυπληθείς δομές τόσο νωρίς στην ιστορία του σύμπαντος.
Η μεταλλικότητα - το ποσοστό των βαρύτερων στοιχείων - είναι περίπου το ένα δέκατο αυτού που βρίσκουμε στη γειτονιά του Ήλιου μας. Αυτό δεν αποτελεί έκπληξη για κάτι που εμφανίστηκε όταν το σύμπαν ήταν ακόμα νεαρό- ωστόσο δείχνει ότι τα μέταλλα συσσωρεύτηκαν ταχύτερα από ό,τι αρχικά αναμενόταν.
Εκρήξεις σχηματισμού αστέρων
Τα καυτά, βραχύβια αστέρια κυριαρχούν σε αυτό το αντικείμενο, γεγονός που εξηγεί τη λαμπρή λάμψη και την ασυνήθιστη ενεργειακή υπογραφή του.
Η ακτινοβολία των άστρων είναι αρκετά ισχυρή ώστε να δημιουργεί στοιχεία σε ολόκληρο τον γαλαξία, όπως ιονισμένο οξυγόνο και υδρογόνο. Λάμπει με έναν τρόπο που ιντριγκάρει τους αστρονόμους, οι οποίοι το συγκρίνουν με τα εργοστάσια άστρων σε πολύ πιο ώριμους γαλαξίες.
Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι η γέννηση άστρων συμβαίνει γρήγορα σε αυτό το περιβάλλον, υποδεικνύοντας έναν κύκλο που μοιάζει με έκρηξη και όχι με αργό ρυθμό.
Πολλοί πιστεύουν ότι αυτές οι εκρήξεις δραστηριότητας που αφορούν το οξυγόνο συνέβαιναν συχνότερα στο αρχαίο σύμπαν, γεγονός που ενδεχομένως εξηγεί πώς ορισμένοι γαλαξίες μεγάλωσαν τόσο γρήγορα και τόσο μεγάλοι.
Εξέλιξη του πρώιμου σύμπαντος
Ο Tom Bakx είναι αστρονόμος στο Πανεπιστήμιο Chalmers της Σουηδίας και πρώην ερευνητής στο Πανεπιστήμιο Nagoya.
«Η μελέτη αυτή αποτελεί επιστέγασμα της πολυετούς προσπάθειας για την κατανόηση των γαλαξιών στο πρώιμο σύμπαν», δήλωσε ο Bakx. «Ο πρόσθετος χρόνος του τηλεσκοπίου θα είναι το κλειδί για τη διερεύνηση του τρόπου με τον οποίο εξελίχθηκαν τα μέταλλα, ο σχηματισμός αστέρων και οι μαύρες τρύπες στο πρώιμο σύμπαν».
Η ανάλυση των πολλαπλών γραμμών εκπομπής επέτρεψε διάφορους βασικούς ελέγχους των ιδιοτήτων των γαλαξιών και κατέδειξε τις δυνατότητες του ALMA μέσω της συνέργειας τηλεσκοπίων όπως το JWST.
Οι ερευνητές εξήγησαν ότι τα τρέχοντα αποτελέσματα ανοίγουν την πόρτα για βαθύτερες έρευνες στην αυγή της συγκρότησης των γαλαξιών.
Ανίχνευση οξυγόνου σε γαλαξίες
Οι ειδικοί σημειώνουν επίσης ότι κάθε νέα ανίχνευση αναδεικνύει το πλεονέκτημα του συνδυασμού δεδομένων από εργαλεία που ειδικεύονται στην απεικόνιση σε διαφορετικά μήκη κύματος.
Με τη συγχώνευση των ραδιοφωνικών και υπέρυθρων παρατηρήσεων, οι ερευνητές μπορούν να αποκαλύψουν τα δομικά στοιχεία των γαλαξιών που ευδοκίμησαν μόλις μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά την έναρξη των πάντων.
Οι επιστήμονες έχουν στρέψει τώρα την προσοχή τους στη σύλληψη πρόσθετων γραμμών εκπομπής που θα μπορούσαν να αποκαλύψουν τη δομή και τη χημεία αυτών των μακρινών συστημάτων. Τα σήματα αυτά μπορεί να ρίξουν φως στα πρότυπα ανάπτυξης των μαύρων οπών, καθώς και στις κοσμικές επιρροές που διαμόρφωσαν τις δομές μεγάλης κλίμακας.
Τελικά, μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα του πρώιμου σύμπαντος θα μπορούσε να διευκρινίσει πώς σχηματίστηκαν τα αστέρια και τα σμήνη κάτω από σκληρές συνθήκες. Αν και ακούγεται δύσκολο, κάθε νέα ανακάλυψη μας φέρνει πιο κοντά στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι γαλαξίες αναπτύχθηκαν από ταπεινά ξεκινήματα.
Μελλοντικές ερευνητικές κατευθύνσεις
Ο GHZ2 ξεχωρίζει ως υπενθύμιση ότι η κοσμική εξέλιξη ξεκίνησε με γρήγορους ρυθμούς. Οι ερευνητές πιστεύουν ότι παρόμοια αντικείμενα μπορεί να βρίσκονται ακόμη ανεξερεύνητα, περιμένοντας να προσθέσουν νέα κομμάτια στο παζλ.
Αυτή η ανάλυση σηματοδοτεί ένα μεγάλο άλμα στον εντοπισμό του πότε και πώς προέκυψαν οι πρώτες αστρικές κοινότητες. Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι οι παρατηρήσεις που θα ακολουθήσουν θα επιβεβαιώσουν λεπτομέρειες σχετικά με τη δομή του γαλαξία και το ρόλο του οξυγόνου στην κοσμική ιστορία.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Astronomy.
