Naukowcy dostrzegli najbardziej odległą od Ziemi galaktykę, ukształtowaną na początku Wszechświata

Astronomowie ujawnili, że HD1, bo tak nazwano galaktykę, mogła istnieć już "zaledwie" 330 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Jej słabe światło, rozciągnięte przez ekspansję Wszechświata, pokonało trasę 13,5 miliarda lat świetlnych, aby dotrzeć na Ziemię.

Badacze nie są do końca pewni, jakie są jej cechy. Zastanawiają się, czy jest to galaktyka gwiazdotwórcza, w której rodzą się gwiazdy, czy też kwazar (zwarte źródło silnego i ciągłego promieniowania elektromagnetycznego o ogromnej mocy, które na pozór przypomina gwiazdę), w którego centrum znajduje się supermasywna czarna dziura.

Jeśli druga teoria jest prawdziwa, to wzrost czarnej dziury do supermasywnych rozmiarów zaledwie "chwilę" po Wielkim Wybuchu, może stanowić wyzwanie dla modeli powstawania i ewolucji tych obiektów.

- Odpowiedź na pytania o naturę tak odległego źródła może być skomplikowana - zauważył astrofizyk Fabio Pacucci z obserwatorium Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics w stanie Massachusetts. - To tak, jakby zgadywać pochodzenie statku na podstawie bandery, w ogromnej odległości od brzegu, przy wichurze i gęstej mgle. Można dostrzec niektóre kolory i kształty na fladze, ale nie jej całość. To długa gra, polegająca na analizowaniu i wykluczaniu nieprawdopodobnych scenariuszy - dodał.

Wykrycie obiektów pochodzących z wczesnego Wszechświata jest niezwykle trudne. Nawet kwazary, najjaśniejsze obiekty w kosmosie, są przyćmione w rozległych przestrzeniach czasoprzestrzeni i bardzo często najpotężniejsze ziemskie teleskopy mają problemy, by je wychwycić.

HD1 została odkryta w ramach badania, którego celem było poznanie pierwszych galaktyk Wszechświata. Jego wyniki zostały szczegółowo opisane w artykule, który ukazał się w czasopiśmie naukowym "The Astrophysical Journal". W badaniach wykorzystano cztery potężne teleskopy optyczne i na podczerwień: Subaru, VISTA, UK Infrared oraz Kosmiczny Teleskop Spitzera. Na obserwacje poświęcono ponad 1,2 tysiąca godzin.

- Znalezienie HD1 wśród ponad 700 tysięcy obiektów było bardzo trudne - przyznał astronom Yuichi Harikane z Uniwersytetu Tokijskiego. - Czerwony kolor HD1 zaskakująco dobrze dopasował się do oczekiwanych cech galaktyki odległej o 13,5 miliarda lat świetlnych. Przyprawiło mnie to o gęsią skórkę - dodał.

Czerwony kolor pojawił się w wyniku zjawiska znanego jako przesunięcie ku czerwieni (ang. redshift). Występuje ono, gdy źródło światła oddala się od nas. Wtedy następuje wzrost długości fali światła w kierunku bardziej czerwonego końca widma elektromagnetycznego. Ponieważ Wszechświat się rozszerza, inne galaktyki wydają się przesunięte ku czerwieni. Im większa odległość w czasoprzestrzeni, tym większe przesunięcie ku tej barwie. Efekt ten pozwala astronomom obliczyć, jak długą drogę przebyło światło, aby do nas dotrzeć. Jak obrazowo tłumaczą astronomowie, im obiekt kosmiczny jest od nas bardziej oddalony, tym bardziej zaglądamy w jego przeszłość.

Światło z HD1 może być jednak mylące. Jest ono niezwykle jasne w zakresie fal ultrafioletowych, co sugeruje, że zachodzą tam bardzo dynamiczne procesy. Początkowo badacze myśleli, że jest to zwykła aktywność gwiazd - do czasu, gdy obliczyli, ile obiektów potrzeba do wytworzenia takiej ilości światła.

Była to liczba niewiarygodna, ponad 100 gwiazd rocznie. To 10 razy więcej niż spodziewano by się po tak starej galaktyce. Można jednak uznać, że tamtejsze gwiazdy nie muszą podlegać takim samym procesom, jak te, które już poznaliśmy.

- Pierwsza populacja gwiazd, która uformowała się we Wszechświecie, była bardziej masywna, świecąca i gorętsza niż współczesne gwiazdy - zauważył Pacucci. - Jeśli założymy, że gwiazdy powstałe w HD1 są najstarszymi gwiazdami, znanymi także jako gwiazdy III populacji, to ich właściwości można łatwiej wyjaśnić. W rzeczywistości gwiazdy te są zdolne do wytwarzania większej ilości światła ultrafioletowego niż "normalnie". To mogłoby wyjaśnić ekstremalną jasność ultrafioletową HD1 - dodał.

Jeśli galaktyka jest kwazarem z supermasywną czarną dziurą, to wtedy generowany przez nią blask można wyjaśnić jako rozbłyski powstające w wyniku pożerania materii. Zespół naukowców obliczył, że aby wytworzyć takie światło, supermasywna czarna dziura musiałaby mieć masę około 100 milionów razy większą od masy Słońca.

Taki rozmiar poważnie podważa modele wzrastania supermasywnych czarnych dziur.

- Czarna dziura z HD1, która powstała kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, musiała wyrosnąć z masywnego źródła w niespotykanym tempie - mówił astrofizyk Avi Loeb z Uniwersytetu Harvarda i Smithsonian Center for Astrophysics. - Po raz kolejny okazuje się, że natura jest bardziej pomysłowa niż my - dodał.

Zespół ma nadzieję, że kolejne obserwacje, które będą możliwe dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Jamesa Webba, ujawnią więcej szczegółów z czasów wczesnego Wszechświata.