Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST) i teleskopu Atacama Large-Scale Millimeter/submillimeter Array (ALMA) odkryli 70 starożytnych, pyłowych galaktyk, które powstały zaskakująco wcześnie w historii Wszechświata. Galaktyki te, obserwowane niecałe miliard lat po Wielkim Wybuchu, zawierają nieoczekiwanie duże ilości ciężkich pierwiastków („metali”) – co podważa obecne modele ewolucji galaktycznej.
Nieoczekiwane wzbogacenie metalem
Obecne modele kosmologiczne przewidują, że ciężkie pierwiastki nie powinny występować w tak dużej ilości na tak wczesnym etapie Wszechświata. Gwiazdy wytwarzają te cięższe pierwiastki w wyniku syntezy jądrowej i spodziewano się, że początkowe generacje gwiazd będą stosunkowo ubogie w metale. Jednak te nowo odkryte galaktyki były już bogate w metale, co sugeruje, że powstawanie gwiazd rozpoczęło się wcześniej i wydajniej, niż wcześniej sądzono.
Według Jorge Zavali z Uniwersytetu Massachusetts Amherst: „Galaktyki pyłowe to masywne galaktyki z dużą ilością metali i pyłu kosmicznego… A te galaktyki są bardzo stare, co oznacza, że gwiazdy powstały we wczesnym Wszechświecie wcześniej, niż przewidują nasze obecne modele”.
Jak dokonano odkrycia
Badanie rozpoczęło się od zidentyfikowania przez ALMA populacji 400 jasnych, zapylonych galaktyk. Późniejsze obserwacje JWST zawęziły tę listę do 70 słabych kandydatów na skraju obserwowalnego Wszechświata – z których wielu nigdy wcześniej nie widziano. Łącząc dane z obu teleskopów, astronomowie potwierdzili, że galaktyki te powstały zaledwie 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Ta chronologia wymaga ponownej oceny tego, jak szybko ewoluowały struktury galaktyczne po narodzinach Wszechświata.
Łączenie kropek
Te starożytne galaktyki wydają się być powiązane z dwoma innymi, wcześniej odkrytymi typami galaktyk: niezwykle jasnymi, aktywnie wytwarzającymi gwiazdy oraz starszymi, „cichymi” galaktykami, które nie wytwarzają już gwiazd. Savala porównuje to do posiadania „migawek cyklu życia tych rzadkich galaktyk”. Jasne galaktyki reprezentują młodość, ciche galaktyki oznaczają starość, a nowo odkryte galaktyki pyłowe wypełniają lukę w wieku młodych dorosłych.
To połączenie sugeruje, że nasze zrozumienie ewolucji galaktycznej jest niepełne. Jeśli te trzy populacje są naprawdę połączone, powstawanie gwiazd powinno rozpocząć się wcześniej i nastąpić szybciej, niż pozwalają na to obecne teorie.
Aby utrwalić te powiązania, potrzebne są dalsze badania, ale obecne dowody sugerują, że należy zrewidować naszą kosmiczną chronologię. Odkrycie tych wczesnych, bogatych w metale galaktyk rodzi fundamentalne pytania o to, jak powstawały gwiazdy i ewoluowały galaktyki w początkach Wszechświata.
