W odległej galaktyce MACS1149-JD1, oddalonej o 13,28 miliarda lat świetlnych, astronomowie odkryli tlen, który ich zdaniem może się tam pojawić zaledwie 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Naukowcy, którzy napisali artykuł o tym odkryciu w czasopiśmie Nature, twierdzą, że jest to najwcześniejsze odkrycie tlenu w skali wieku Wszechświata. Co więcej, odkryta przez naukowców galaktyka stała się najodleglejszą galaktyką o wiarygodnie określonej odległości. Modele pokazują, że pierwsze gwiazdy zaczęły się w nim formować ponad 13,5 miliarda lat temu.
Po Wielkim Wybuchu we Wszechświecie zachodziły złożone procesy - narodziły się pierwsze kwarki, hadrony i inne cząstki subatomowe, a po nich pojawiły się pierwsze atomy, które stały się częścią pierwotnej materii gwiazdowej. Kiedy miała miejsce rekombinacja wodoru i wszechświat zaczął się ochładzać, pogrążył się w „ciemnych wiekach”. W tym czasie pierwsze gwiazdy jeszcze się nie świeciły i nie narodziły się kwazary - aktywne jądra galaktyczne z supermasywną czarną dziurą w środku. Ta era zakończyła się „kosmicznym świtem” - pojawieniem się starożytnych galaktyk, które dziś rejestrujemy. Ich poszukiwania są ważne, aby określić, jak przebiegała ewolucja Wszechświata i podstawowych pierwiastków chemicznych.
Międzynarodowy zespół astronomów kierowany przez Takuya Hashimoto z Uniwersytetu Sanyo w Osace obserwował bardzo odległą galaktykę MACS1149-JD1 za pomocą teleskopu ALMA i odkrył bardzo słabą poświatę zjonizowanego tlenu. W związku z rozszerzaniem się Wszechświata, długość fali początkowego promieniowania podczerwonego wzrosła ponad dziesięciokrotnie podczas jego podróży w kosmos. Przesunięcie ku czerwieni w źródle wskazywało, że sygnał zarejestrowany przez naukowców został wyemitowany 13,3 miliarda lat temu, czyli zaledwie 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jest to najdłuższa odległość, jaką kiedykolwiek zarejestrowano dla tlenu, a jego obecność wskazuje, że w tej galaktyce muszą również istnieć wcześniejsze generacje gwiazd.
Oprócz emisji tlenu zarejestrowanych w ALMA, naukowcy zauważyli również słabszą emisję wodoru z VLT. Odległość do galaktyki określona na podstawie tych obserwacji jest zgodna z odległością uzyskaną z linii tlenu. Tak więc MACS1149-JD1 okazuje się być najbardziej odległą galaktyką o wiarygodnie określonej odległości i najodleglejszą galaktyką, jaką kiedykolwiek zaobserwowano na ALMA lub VLT.
Pierwsze powiększone zdjęcie pokazuje, która galaktyka MACS1149-JD1 była widziana przez VLT ESO; po drugie, jak Kosmiczny Teleskop Hubble'a widział tę galaktykę. Białe kontury pokazują strefy zjonizowanego tlenu widziane przez teleskop ALMA.
„Widzimy tę galaktykę w erze, kiedy wszechświat miał zaledwie 500 milionów lat - i okazuje się, że w tym czasie był on już zamieszkany przez dojrzałe gwiazdy” - wyjaśnia Nicolas Laporte, drugi autor artykułu.
„Możemy użyć tej galaktyki do zbadania wcześniejszego, zupełnie nieznanego okresu w historii kosmosu”.
Przez jakiś czas po Wielkim Wybuchu we Wszechświecie nie było tlenu: pojawił się on w wyniku procesów fuzji w trzewiach pierwszych gwiazd, a następnie, gdy nastąpiły eksplozje supernowej, został rozproszony w przestrzeni. Rejestracja tlenu w MACS1149-JD1 pokazuje, że zaledwie 500 milionów lat po powstaniu Wszechświata te wczesne generacje gwiazd już się uformowały i zdołały wyprodukować wystarczającą ilość tlenu. Aby dowiedzieć się, kiedy zaczęli pojawiać się pierwsi luminarze, naukowcy zrekonstruowali wczesną historię MACS1149-JD1 na podstawie danych w podczerwieni uzyskanych przez teleskopy Hubble'a i Spitzera. Okazało się, że obserwowaną jasność galaktyki dobrze wyjaśnia model, w którym początek formowania się gwiazd sięga epoki zaledwie 250 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Co więcej, dziś uważa sięże „ciemne wieki” nadeszły 377 milionów lat po narodzinach Wszechświata - czyli należy przyjąć, że MACS1149-JD1 zaczął się formować w erze rekombinacji.
Film promocyjny:
Zatem MACS1149-JD1 sprawia, że naukowcy zastanawiają się, kiedy powstały pierwsze galaktyki. Wiek odkrytego obiektu wskazuje, że istniały one na długo przed erą, w której jesteśmy teraz w stanie je zarejestrować.
W przeszłości najbardziej odległy tlen znaleziono w galaktyce, która narodziła się 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jego ilość, według szacunków badaczy, okazała się około dziesięciokrotnie mniejsza niż obserwowana ilość tlenu w Słońcu.
Nikolay Khizhnyak