JWST a descoperit cea mai îndepărtată galaxie de până acum, la 280 de milioane de ani după Big Bang

Telescopul Spațial James Webb (JWST) a reușit din nou o performanță ce ne taie respirația. Formidabilul observator cosmic, care ne-a obișnuit deja cu imagini ale unor galaxii incredibil de luminoase, ivite la doar câteva sute de milioane de ani după momentul genezei universului, Big Bang-ul, a împins și mai departe frontierele cunoașterii.

De data aceasta, JWST a captat lumina firavă a unei galaxii situate la o distanță temporală uluitoare: doar 280 de milioane de ani după Big Bang. Este cea mai îndepărtată – și, prin urmare, cea mai veche – galaxie detectată vreodată, o fereastră directă către zorii formării structurilor cosmice.

Înainte de era JWST, visul de a zări primele galaxii era limitat de tehnologie. Nu dispuneam de telescoape în infraroșu cu oglinzi suficient de vaste pentru a culege fotonii călători prin timp, veniți de la aceste obiecte primordiale.

Veteranul telescop spațial Hubble, deși capabil să observe în infraroșul apropiat, este echipat cu o oglindă de doar 2,4 metri. Cu toate acestea, el a reușit performanța de a descoperi o singură galaxie din primii 500 de milioane de ani ai Universului. Telescopul spațial Spitzer, un observator dedicat spectrului infraroșu, poseda o oglindă și mai modestă, de numai 85 de centimetri.

JWST nu doar că se mândrește cu o oglindă principală mult mai mare, dar tehnologia detectoarelor sale a avansat într-un asemenea grad încât, cu fiecare nouă galaxie antică observată, vălul ce învăluia Universul timpuriu se ridică puțin câte puțin, dezvăluind peisaje cosmice nebănuite.

Una dintre temele științifice cardinale ale misiunii JWST este înțelegerea procesului de „asamblare” a galaxiilor. Pentru a desluși cum se formează și evoluează aceste gigantice aglomerări de stele, praf și gaze, este esențial să putem observa cele mai timpurii exemple din Univers. Încă din primele săptămâni de observații, telescopul a scos la iveală o abundență de galaxii surprinzător de strălucitoare la deplasări spre roșu (un indicator al distanței și vârstei) mai mari de z=10.

„Această populație neașteptată a electrizat comunitatea științifică și a ridicat întrebări fundamentale despre formarea galaxiilor în primele ≈ 500 de milenii ale existenței cosmice.”, au scris autorii unei noi lucrări ce detaliază ultima descoperire.

JWST a împins constant înapoi orizontul nostru observațional, iar această nouă detecție demonstrează că potențialul său este departe de a fi atins.

Cea mai îndepărtată galaxie, descoperită de JWST

Galaxia nou descoperită poartă numele de cod MoM-z14 și a fost identificată în cadrul programului de observație Mirage (sau Miracle). Acest studiu spectroscopic este conceput special pentru a confirma candidatele la titlul de galaxii cu deplasare spre roșu extrem de mare, iar indicativul „z14” face referire directă la valoarea impresionantă a acestei deplasări. Descoperirea este cu atât mai surprinzătoare cu cât astronomii se așteptau să găsească foarte puține, dacă nu chiar deloc, galaxii la o asemenea distanță cosmică.

Reușita este prezentată într-o nouă lucrare științifică intitulată „A cosmic miracle: a remarkably luminous galaxy at zspec = 14.44 confirmed with JWST” (Un Miracol Cosmic: O Galaxie Remarcabil de Luminoasă la zspec = 14.44 Confirmată cu JWST). Autorul principal al studiului este Rohan Naidu de la Institutul Kavli pentru Astrofizică și Cercetare Spațială din cadrul MIT. Lucrarea a fost trimisă spre publicare la Open Journal of Astrophysics și este disponibilă în prezent pe serverul de pre-printuri arXiv.org.

„JWST a dezvăluit o populație uimitoare de galaxii strălucitoare la epoci surprinzător de timpurii, z > 10, unde se așteptau puține astfel de surse,” notează autorii. Cu o deplasare spre roșu de z = 14,4, această galaxie „extinde frontiera observațională la doar 280 de milioane de ani după Big Bang.”^[sursa]

Cercetătorii subliniază că JWST a identificat mult mai multe galaxii luminoase în intervalul de deplasare spre roșu z = 14 și 15 decât anticipau modelele teoretice dinaintea lansării telescopului.

Acest studiu nu este doar o simplă curiozitate astronomică. Analiza spectroscopică detaliată a oferit rezultate incitante, direct relevante pentru tema asamblării galaxiilor, unul dintre pilonii cercetării JWST.

Observațiile arată că majoritatea luminii emise de MoM-z14 provine de la stele, și nu de la un nucleu galactic activ (AGN) – acele inimi galactice incandescente, alimentate de găuri negre supermasive ce devorează materia înconjurătoare. Prin urmare, MoM-z14 este, cel mai probabil, gazda unor stele supermasive extrem de luminoase, o caracteristică pe care teoria o prezicea pentru Universul timpuriu.

Raportul dintre azot și carbon în această galaxie primordială este mai mare decât cel observat în Soarele nostru. Compoziția sa chimică amintește de cea a vechilor roiuri globulare, sateliți străvechi ai propriei noastre galaxii, Calea Lactee. Aceasta implică faptul că stelele din MoM-z14 și cele din roiurile globulare s-au format în medii similare, cu procese de nucleosinteză asemănătoare și o „poluare” similară cu elemente grele (metalicitate) provenite de la generațiile stelare anterioare.

„Având în vedere că acest tipar de abundență chimică este, de asemenea, comun printre cele mai vechi stele născute în Calea Lactee, este posibil să asistăm direct la formarea unor astfel de stele în roiuri dense, conectând astfel evoluția galaxiilor de-a lungul întregului interval de timp cosmic.”, au scris autorii.

Se pare că aceste galaxii străvechi și luminoase se prezintă sub două morfologii distincte: unele apar ca surse punctiforme, compacte, în timp ce altele sunt extinse. Relația dintre aceste forme și compoziția lor chimică reprezintă o altă verigă potențială în lanțul complex al evoluției galactice.

„În plus, așa cum au observat Harikane și colaboratorii (2024b), aceste diferențe morfologice se reflectă în tiparele de abundență chimică, semnalând o legătură mai profundă între morfologie și căile evolutive.”, mai notează cercetătorii.

Pe măsură ce JWST a descoperit tot mai multe galaxii strălucitoare timpurii, a devenit evidentă o clasă de obiecte care sunt emițători puternici de azot, incluzând aici și enigmaticele „Mici Puncte Roșii” (Little Red Dots) luminoase. MoM-z14 s-ar putea număra printre cele mai bogate în azot obiecte găsite vreodată de JWST.

„Aceasta aduce dovezi suplimentare pentru o bimodalitate dimensiune-chimie la z > 10, unde sursele extinse tind să fie sărace în azot, în timp ce sursele compacte sunt emițători puternici de N [azot].”, explică autorii.

Comunitatea științifică a așteptat cu nerăbdare lansarea JWST și capacitatea sa unică de a scruta Universul timpuriu. Deși unele dintre descoperirile sale au fost surprinzătoare, acest studiu demonstrează cum astronomii încep să lege aceste surprize din zorii cosmosului de caracteristicile Universului modern.

„Interpretăm MoM-z14 și ceilalți emițători de N [azot] prin prisma arheologiei galactice, conectând tiparele lor de abundență la cele mai vechi stele născute în Calea Lactee la z ≳ 4, precum și la roiurile globulare. Intensificarea liniei azotului, luminozitatea, spectrele de ionizare dură, densitatea stelară, morfologia, dependența de deplasarea spre roșu și fracțiunea de găuri negre a acestor surse pot fi legate de medii similare celor din roiurile globulare, unde coliziunile ‘galopante’ pot produce obiecte extraordinare, cum ar fi stelele supermasive.”, scriu autorii în concluziile lucrării.

Dacă va supraviețui amenințărilor repetate de anulare a finanțării, Telescopul Spațial Roman (Roman Space Telescope) ar trebui să dezvăluie alte sute de astfel de galaxii timpurii. Un set de date mai amplu este întotdeauna de dorit și ar ajuta la consolidarea unora dintre aceste descoperiri, sau, poate, ar introduce noi mistere. Oricum ar fi, progresul va fi asigurat. Dar, pentru moment, Telescopul Spațial James Webb merită pe deplin laurii pentru această incursiune spectaculoasă la frontierele timpului.

„JWST însuși pare pregătit să conducă o serie de mari expansiuni ale frontierei cosmice; deplasările spre roșu inimaginabile anterior, apropiindu-se de era primelor stele, nu mai par atât de îndepărtate.”, conchid cercetătorii, lăsându-ne cu promisiunea unor noi și fascinante revelații despre copilăria Universului nostru.