„Poza tym, co jest możliwe” – Kosmiczny Teleskop Webba odkrywa tajemnicze starożytne galaktyki

Nasze zrozumienie sposobu powstawania galaktyk i natury ciemnej materii może zostać całkowicie wywrócone do góry nogami przez nowe obserwacje jeszcze większych gromad gwiazd w galaktykach. droga Mleczna sprzed ponad 11 miliardów lat, które nie powinny istnieć.

Artykuł opublikowany w Natura Szczegółowe wyniki uzyskano na podstawie nowych danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST). Wyniki pokazują, że masywna galaktyka we wczesnym Wszechświecie – obserwowana 11,5 miliarda lat temu (kosmologiczne przesunięcie ku czerwieni wynoszące 3,2) – ma bardzo starożytną populację gwiazd, które powstały znacznie wcześniej – 1,5 miliarda lat temu (przesunięcie ku czerwieni około 11). Ta obserwacja wywraca do góry nogami obecne modelowanie, ponieważ nie gromadzi się wystarczająca ilość ciemnej materii w wystarczających stężeniach, aby uformować się.

Profesor Uniwersytetu Technologicznego w Swinburne, Karl Glazebrook, kierował badaniami i współpracował z międzynarodowym zespołem, który wykorzystał Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do przeprowadzenia spektroskopowych obserwacji tej masywnej, cichej galaktyki.

„Ścigaliśmy tę konkretną galaktykę przez siedem lat i spędziliśmy godziny obserwując ją za pomocą dwóch największych teleskopów na Ziemi, aby ustalić jej wiek. Ale była tak czerwona i tak słaba, że ​​nie mogliśmy jej zmierzyć. W końcu musieliśmy opuść Ziemię i użyj Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, aby potwierdzić jego naturę.

Powstawanie galaktyk to podstawowy model wspierany przez współczesną astrofizykę, który przewiduje silny spadek liczby masywnych galaktyk we wczesnych epokach kosmicznych. Niezwykle masywne, spokojne galaktyki obserwowano obecnie od jednego do dwóch miliardów lat po powstaniu Wszechświata wielka eksplozja Co podważa poprzednie modele teoretyczne.

Wybitny profesor Glazebrook współpracował z czołowymi badaczami na całym świecie, w tym z dr Themiyą Nanayakkarą, dr Lalitwadi Kawinwanichakij, dr Colinem Jacobsem, dr Harrym Chittendenem, profesorem nadzwyczajnym Glennem G Kacprzakiem i profesorem nadzwyczajnym Ivo Lappé z Centrum Astrofizyki i Superkomputerów w Swinburne. .

„Był to w dużej mierze wysiłek zespołowy, począwszy od badań nieba w podczerwieni, które rozpoczęliśmy w 2010 roku, które doprowadziły do ​​zidentyfikowania tej galaktyki jako niezwykłej, po długie godziny spędzone w Keck i Bardzo duży teleskop Próbowaliśmy to potwierdzić, ale nie udało nam się to, aż do zeszłego roku, kiedy włożyliśmy ogromny wysiłek, aby dowiedzieć się, jak przetwarzać dane z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba i analizować to widmo.

„Wykraczamy teraz poza to, co było możliwe, aby potwierdzić istnienie najstarszych pokojowych megapotworów istniejących głęboko we wszechświecie” – mówi dr Themiya Nanayakkara, która kierowała analizą spektroskopową danych z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

„To przesuwa granice naszego obecnego zrozumienia powstawania i ewolucji galaktyk. Kluczowym pytaniem jest teraz, w jaki sposób powstały one tak szybko na tak wczesnym etapie Wszechświata i jakie tajemnicze mechanizmy prowadzą do tego, że uniemożliwiają im nagłe formowanie się gwiazd, gdy reszta Wszechświata wszechświat tak.”

Profesor nadzwyczajny Claudia Lagos z Międzynarodowego Centrum Badań Radioastronomicznych Uniwersytetu Australii Zachodniej (Powtarzać) odegrał kluczową rolę w opracowaniu teoretycznego modelu ewolucji stężeń ciemnej materii na potrzeby badania.

„Powstanie galaktyk zależy w dużej mierze od koncentracji ciemnej materii” – mówi. „Obecność tych niezwykle masywnych galaktyk na tak wczesnym etapie Wszechświata stwarza poważne wyzwania dla naszego standardowego modelu kosmologii. Dzieje się tak dlatego, że nie wierzymy, że masywne struktury ciemnej materii, w których znajdują się te masywne galaktyki, nie miałyby jeszcze czasu się uformować. Więcej potrzebne są obserwacje, aby zrozumieć, jak powszechne są te galaktyki i pomóc nam zrozumieć, jak masywne są te galaktyki w rzeczywistości.

Profesor Glazebrook ma nadzieję, że będzie to nowy przełom w naszym rozumieniu fizyki ciemnej materii.

„Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba znalazł coraz więcej dowodów na powstawanie wczesnych masywnych galaktyk. Wynik ten ustanawia nowy rekord w tym zjawisku. Chociaż jest bardzo uderzający, to tylko jeden obiekt. Mamy jednak nadzieję znaleźć o wiele więcej, a jeśli nam się to uda, „To zepsuje nasze poglądy na temat powstawania galaktyk”.

Odniesienie: „Masywna galaktyka, która utworzyła swoje gwiazdy w punkcie z ~ 11” autorstwa Karla Glazebrooka, Thymii Nanayakkara, Corentina Schreibera, Claudii Lagos, Lalitwadi Kawinwanichakij, Colina Jacobsa, Harry'ego Chittendena, Gabriela Brammera, Glenna J. Kaprzaka, Ivo Labpi, Danilo Marchesiniego , Z. Simmel-Marsan, Pascal A. Oish, Casey Papovich, Rhea-Sylvia Remus, Kim-VH. Tran, James Esdell i Angel Chandro-Gomez, 14 lutego 2024 r., Natura.
doi: 10.1038/s41586-024-07191-9