Astronomowie korzystający z teleskopów Jamesa Webba, Hubble’a i ALMA dokonali zaskakującego odkrycia: galaktyki z wczesnego Wszechświata dojrzewały znacznie szybciej, niż oczekiwano. Istniejące nieco ponad miliard lat po Wielkim Wybuchu te „kosmiczne nastolatki” wykazują cechy, które wcześniej uważano za ewoluujące w znacznie dłuższych okresach czasu, co stawia pod znakiem zapytania ugruntowane od dawna modele ewolucji galaktycznej.
Szybkie wzbogacanie pierwiastkami chemicznymi
Zespół badawczy zaobserwował 18 galaktyk oddalonych od nas o około 12,5 miliarda lat świetlnych. Kluczowym odkryciem jest to, że galaktyki te są niezwykle bogate w pierwiastki ciężkie – metale, takie jak węgiel i tlen – pomimo swojego młodego wieku. Model Standardowy przewiduje, że ciężkie pierwiastki gromadzą się stopniowo podczas cykli życia gwiazd i wybuchów supernowych. Jednakże galaktyki te wydają się „chemicznie dojrzałe”, jakby pominęły etapy rozwoju.
„Zaobserwowanie tak dojrzałych chemicznie galaktyk było nieoczekiwane” – wyjaśnia Andreas Feist z Caltech. „To jakby widzieć dwulatki zachowujące się jak nastolatki. Jak mogą powstać metale w czasie krótszym niż 1 miliard lat?” Rodzi to fundamentalne pytania dotyczące procesów kontrolujących produkcję metalu we wczesnym Wszechświecie oraz tego, jak dokładnie obecne symulacje odzwierciedlają rzeczywistość.
Niespodziewanie dojrzałe struktury
Oprócz składu chemicznego galaktyki wykazują także niezwykle rozwinięte struktury. Wiele z nich ma wirujące dyski gwiezdne podobne do tych, które można znaleźć w dojrzałych galaktykach spiralnych, takich jak Droga Mleczna. Wcześniej sądzono, że takie cechy pojawiają się znacznie później w historii galaktyki. Tak wczesna obecność tych struktur sugeruje, że Wszechświat mógł przyspieszyć powstawanie galaktyk skuteczniej, niż wcześniej sądzono.
Żarłoczne czarne dziury i gaz bogaty w metale
Szybki rozwój nie ogranicza się do samych galaktyk. Supermasywne czarne dziury w swoich centrach również pochłaniają materię w dużym tempie, napędzając swój własny szybki rozwój. Ponadto gaz otaczający te galaktyki – ośrodek międzygalaktyczny – jest również wzbogacony w metale i rozciąga się na dziesiątki tysięcy lat świetlnych. Sugeruje to, że wzbogacanie w metale nie ogranicza się do samych galaktyk, ale jest zjawiskiem powszechnym we wczesnym Wszechświecie.
Przyszłe badania i implikacje
Zespół badawczy planuje teraz porównać te obserwacje z najnowocześniejszymi modelami wzrostu galaktyk i wzbogacania metali. Celem jest udoskonalenie naszej wiedzy na temat powstawania gwiazd, powstawania pyłu i ewolucji chemicznej wczesnego Wszechświata.
„Połączenie obserwacji i modelowania zapewnia potężną synergię w zrozumieniu szczegółów powstawania gwiazd… Znajomość tych szczegółów ostatecznie pomoże nam zrozumieć powstawanie pierwszych gwiazd i planet, a także sposób powstania naszej własnej galaktyki Drogi Mlecznej”.
Odkrycia te podkreślają, że wczesny Wszechświat mógł być środowiskiem bardziej dynamicznym i szybko ewoluującym, niż wcześniej sądzono. Zrozumienie, w jaki sposób galaktyki dojrzewały tak szybko, będzie miało kluczowe znaczenie dla odkrycia pochodzenia kosmicznych struktur i naszej własnej galaktycznej ojczyzny.
