Ovo je članak sa sajta Državnog sveučilišta Pennsylvanije, koji se tiče Svemirskog teleskopa James Webb.

Webb jest moćan, ali nekako mi se čini da ovdje još uvijek previše podataka fali da bi se na osnovu toga čime sada raspolažemo moglo donositi neke duboke zaključke. I nije baš da nismo očekivali da su uvjeti u ranom svemiru, u vrijeme kada su nastajale prve zvijezde i galaktike, prema današnjim mjerilima bili ekstremni, pa čak i bizarni.

Sićušni objekti otkriveni u osvit svemira dovode znanstvenike u nedoumicu

Jedno otkriće nedavno ostvareno NASA-inim Svemirskim teleskopom James Webb, donijelo je potvrdu da sjajni i vrlo crveni objekti koji su ranije bili uočeni u ranom svemiru okreću naglavce dosadašnje razmišljanje o tome kako su nastajale i razvijale se galaktike i njihove supermasivne crne jame.

Jedan međunarodni tim, kojega su vodili istraživači s Državnog Sveučilišta Pennsylvanije, uporabio je Webbov NIRSpec kao dio istraživanja RUBIES. Njime su identificirana tri tajanstvena objekta u ranom svemiru, na samo oko 600-800 milijuna godina nakon velikog praska, kada je svemir imao iza sebe samo 5 posto svoje sadašnje dobi. Oni su o rezultatima toga istraživanja izvijestili danas (27. lipnja 2024.), znanstvenim radom objavljenim u Pismima astrofizikalnog dnevnika.

Taj je tim proučio izmjerene spektre, tj. intenzitete različitih valnih duljina svjetla emitiranog iz tih objekata. Analiza je otkrila potpise "starih" zvijezda, starih stotine milijuna godina, puno starijih no što je bilo za očekivati u tako mladom svemiru.

Istraživači su iznenađeni i time što otkrili (spektralne) potpise ogromnih supermasivnih crnih jama u istim tim objektima, kojima su mase procijenili na od 100 do 1000 puta više od mase koju ima supermasivna crna jama u Mliječnom Putu. Ništa od toga nije bilo predviđeno trenutno prihvaćenim modelima rasta galaktika i nastanka supermasivnih crnih jama. Prema tim modelima je za očekivati da galaktike i njihove crne jame rastu zajedno, tijekom više milijardi godina kozmičke povijesti.

"Potvrdili smo da ti objekti izgledaju nakrcani prastarim zvijezdama, u svemiru koji je bio star samo 600-800 milijuna godina. Ti objekti drže rekord po tome što su najraniji od svih u kojima su uočeni (spektralni) potpisi starog zvjezdanog svjetla", kaže Bingjie Wang, postdoktorandica iz Sveučilišta Pennsylvanije i prva autorica spomenutog znanstvenog rada. "Bilo je potpuno neočekivano pronaći stare zvijezde u vrlo mladom svemiru. Standardni kozmološki modeli o nastanku galaktika su dosad bili izuzetno uspješni, ali ovi sjajni objekti se baš i ne uklapaju u te teorije."

Istraživači su prvi put uočili te masivne objekte u srpnju 2022. g, kada je objavljen početni skup Webbovih podataka. Isti ovaj tim je nekoliko mjeseci kasnije u listu Priroda objavio rad o njihovu otkriću.

Već su tada astrnomi pretpostavili da je riječ o galaktikama, ali je tek nakon dodatne spektralne analize bolje shvaćena njihova udaljenosti, kao i izvori koji napajaju energijom intenzivnu proizvodnju svjetla u njima.

Istraživači su potom uporabili ove nove podatke kako bi stvorili jasniju sliku o izgledu i sastavu tih galaktika. Ne samo da su time potvrdili da je uistinu riječ o galaktikama blizu samog početka vremena, već su oni usto pronašli i znake prisutnosti iznenađujuće krupnih supermasivnih crnih jama, te iznenađujuće staru populaciju zvijezda u njima.

"To je sve vrlo zbunjujuće", kaže Joel Leja, izvanredni profesor astronomije i astrofizike iz Sveučilišta Pennsylvanije i koautor spomenutog znanstvenog rada. "Možete ih nekako ugurati u naš postojeći model svemira, ali samo ako se pozovete na neke egzotične i suludo brze izgradnje (zvijezda i galaktika) na početku vremena. To je, bez ikakve sumnje, najčudnovatiji i najzanimljiviji skup objekta koji sam dosad susreo u svom poslu."

Webb je opremljen intrumentima za infracrveno svjetlo, koji su u stanju detektirati svjetlo odaslano iz najranijih zvijezda i galaktika. U osnovi, taj teleskop omogućuje znanstvenicima da vidi ono što se zbivalo prije približno 13,5 milijardi godina, blizu početku postojanja svemira kakvog poznajemo, dodaje Leja.

Jedan od izazova u analizi takvog drevnog svjetla jest i to kako razlučiti koji su ga objekti proizveli. U slučaju ovih ranih objekata, oni jasno pokazuju svojstva i supermasivnih crnih jama, i starih zvijezda. Međutim, tumači Wang, još nije posve jasno koliko svjetla dolazi iz koje vrste od tih objekata. To znači da bi tu mogla biti riječ o ranim galaktikama koje su neočekivano stare i masivnije čak i od Mliječnog Puta, koje su se oblikovale ranije no što su to modeli predviđali, ali isto tako i da bi se moglo raditi o galaktikama uobičajenih masa, s pretjerano masivnim crnim jamama, koje su od 100 do 1000 puta masivnije od supermasivnih crnih jama kakve danas vidimo u galaktikama slične veličine.

"Nije nimalo lako razlikovati svjetlo koje stiže iz tvari koja upada prema nekoj crnoj jami i svjetlo kojega odašilju zvijezde u tim sićušnim i dalekim objektima", kaže Wang. "Naša nesposobnost da u postojećim podacima razlučimo ta dva izvora ostavlja puno prostora za različita tumačenja tih intrigantnih objekata. Iskreno, oduševljena sam time koliko je još ove zagonetke ostalo neprotumačeno!"

Ako zanemarimo to što im još ne možemo protumačiti masu i starost, ako dio toga svjetla zbilja dolazi iz supermasivnih crnih jama, onda to nipošto nisu normalne supermasivne crne jame. One proizvode puno više ultraljubičastih fotona od očekivane količine, a slični objekti koji su bili proučavani drugim instrumentima nisu pokazali karakteristične spektralne potpise supermasivnih crnih jama, poput onih koje stvara vruća prašina i sjajne rendgenske emisije. (Zbog širenja svemira, valne duljine ultraljubičastog i rendgenskog svjetla kojega su odaslali ti daleki objekti su razvučene do optičkih i infracrvenih valnih duljina. Prim. prev.) No, istraživači kažu da je možda najveće iznenađenje to koliko bi te crne jame mogle biti masivne.

"Supermasivne crne jame su obično udružene sa svojim galaktikama", kaže Leja. "One rastu zajedno s njima i kroz sva velika životna iskustva prolaze skupa s matičnim galaktikama. Ali ovdje imamo pred sobom potpuno razvijene, odrasle crne jame koje žive unutar nečega što bi trebale biti novorođene galaktike. To uopće nema smisla jer ti objekti rastu zajedno... ili smo barem mislili da je tako." Istraživači su usto zaprepašteni nevjerojatno malim dimenzijama tih sustava: oni su široki po samo nekoliko stotina svjetlosnih godina, tj. približno su tisuću puta manji od Mliječnog Puta. Zvijezda u njima ima približno jednako onoliko koliko ih ima i u Mliječnom Putu - od desetak milijardi do jednog bilijuna - ali zbijenih u volumenu 1000 puta manjem od onog u Mliječnog Puta. (Ti su brojevi malo nejasni. Ako je promjer neke od tih galaktika tisuću puta manji od promjera Mliječnog Puta i ako su oblici tih galaktika slični, onda je volumen naše galaktike milijardu puta veći od volumena daleke galaktike. Prim. prev.)

Leja to ovako pojašnjava: ako bismo uzeli Mliječni Put i zbili ga na veličinu tih novopronađenih galaktika, Suncu najbliža zvijezda bi zamalo bila unutar Sunčevog sustava! Supermasivna crna jama u središtu Mliječnog Puta, udaljena od nas oko 26 tisuća svjetlosnih godina (Ili, točnije, oko 27 tisuća svjetlosnih godina. Prim. prev.), bila bi od Zemlje odmaknuta samo 26 svjetlosnih godina i bila bi na nebu vidljiva kao divovski stup svjetla.

"Te rane galaktike bi bile izuzetno nabijene zvijezdama - zvijezdama koje su morale nastati na način koji nikada prije nismo vidjeli, pod okolnostima koje nikada ne bismo očekivali, u razdoblju u kojemu ih nikada ne bismo očekivali", kaže Leja. "Zbog nekog nepoznatog razloga, svemir je nakon samo par milijardi godina prestao proizvoditi takve objekte. Oni su pojava svojstvena isključivo tome ranom svemiru."

Istraživači se nadaju provesti dodatna promatranja, što bi im pomoglo protumačiti neke od zagonetki vezanih uz ove objekte. Oni namjeravaju načiniti "dublje" spektre tako što će teleskop duže vremena držati usmjerenog u svaki od objekata. To će pomoći da se razluči koji dio emisije dolazi iz zvijezda, a koji iz potencijalnih supermasivnih crnih jama, i to tako što će biti identificirani apsorpcijski potpisi specifični za svaki od tih izvora.

"Postoji još jedan način na koji bi se moglo ostvariti značajan napredak, a to je neka nova ideja!" kaže Leja. "Pred nama su svi ti djelići slagalice i mi ih možemo posložiti u cjelinu jedino ako zanemarimo činjenicu da se neki od njih pri tom lome. Taj se problem da razriješiti nekom genijalnom zamisli koja je dosad izmicala nama, našim suradnicima i cijelom znanstvenoj zajednici."

(Slike su dobivene od podataka prikupljenih Webbovom NIRCam- om. Objekti su izuzetno zbijeni u crvenim (tj. dužim) valnim duljinama, zbog čega ih se naziva "crvenim točkicama". U plavim (tj. kraćim) valnim duljinama se, pak, da naslutiti i nešto od prostorne građe unutar objekata.) 

Znanstveni rad: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad55f7

https://www.psu.edu/.../tiny-bright-objects-discovered.../

Preuzeto sa FB