Zdjęcia z teleskopu Webba pokazują, że wiele wczesnych galaktyk przypominało makaron do pływania lub deski surfingowe

Zdjęcie: NASA

Analizujący zdjęcia z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba naukowcy odkryli, że galaktyki we wczesnym Wszechświecie są często płaskie i wydłużone, w czym przypominają deski surfingowe czy makaron basenowy. Rzadko są za to okrągłe czy owalne jak piłki do siatkówki czy frisbee.

„Około 50 do 80% galaktyk, które badaliśmy, było spłaszczonych w dwóch wymiarach” – wyjaśnia główny autor Viraj Pandya, stypendysta NASA Hubble na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku. „Galaktyki wyglądające jak makaron do pływania lub deski surfingowe wydają się powszechne we wczesnym wszechświecie, co jest zaskakujące, ponieważ blisko nas są one rzadkością”.

Zespół skupił się na rozległej kolekcji zdjęć zrobionych w świetle bliskiej podczerwieni dostarczonych przez Webba, będących częścią badania Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), ukazując galaktyki, które według szacunków istniały w okresie od 600 milionów do 6 miliardów lat Wszechświata.

Podczas gdy najbardziej odległe galaktyki wyglądają jak deski surfingowe i makaron bilardowy, inne mają kształt frisbe i piłki do siatkówki. „Piłki do siatkówki”, czyli galaktyki w kształcie kuli, wydają się najbardziej zwartym typem galaktyki w kosmicznym „oceanie” i były też najrzadziej identyfikowane. Stwierdzono, że „frisbee” były tak duże, jak galaktyki w kształcie desek surfingowych i makaronów basenowych wzdłuż „horyzontu”, ale częściej pojawiały się bliżej „brzegu” pobliskiego wszechświata.

Przeszłość Drogi Mlecznej

Do której kategorii zaliczałaby się nasza Droga Mleczna, gdybyśmy mogli cofnąć czas o miliardy lat? „Naszym zdaniem mogła wyglądać bardziej jak deska surfingowa” – twierdzi współautor badania, Haowen Zhang, doktorant na Uniwersytecie Arizony w Tucson. Hipoteza ta opiera się częściowo na nowych dowodach Webba – teoretycy „cofnęli zegar”, aby oszacować masę Drogi Mlecznej miliardy lat temu, która koreluje z jej ówczesnym kształtem.

Te odległe galaktyki są również znacznie mniej masywne niż pobliskie galaktyki spiralne i eliptyczne – są prekursorami bardziej masywnych galaktyk, takich jak nasza. „We wczesnym Wszechświecie galaktyki miały znacznie mniej czasu na rozwój” – wspomina Kartheik Iyer, współautor i stypendysta NASA Hubble, również na Uniwersytecie Columbia. „Identyfikowanie dodatkowych kategorii wczesnych galaktyk jest ekscytujące – jest teraz o wiele więcej do analizy. Możemy teraz badać, w jaki sposób kształty galaktyk odnoszą się do ich wyglądu i lepiej projektować, w jaki sposób powstały, uwzględniając przy tym więcej szczegółów”.

Webb, a jego poprzednik

Czułość Webba, obrazy o wysokiej rozdzielczości i specjalizacja w świetle podczerwonym umożliwiły zespołowi szybkie scharakteryzowanie wielu galaktyk CEERS i modelowanie ich geometrii 3D. Pandya twierdzi również, że ich praca nie byłaby możliwa bez szeroko zakrojonych badań, które astronomowie przeprowadzili przy użyciu należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Hubble'a.

Od dziesięcioleci Hubble zaskakuje nas zdjęciami niektórych z najwcześniejszych galaktyk, poczynając od pierwszego „głębokiego pola” w 1995 r., a kończąc na przełomowym przeglądzie znanym jako Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey. Tego typu badania głębokiego nieba doprowadziły do uzyskania znacznie większej ilości statystyk, co skłoniło astronomów do stworzenia solidnych modeli 3D odległych galaktyk na przestrzeni całego czasu kosmicznego. Dziś Webb pomaga w usprawnieniu tych wysiłków, dodając mnóstwo odległych galaktyk poza zasięgiem Hubble'a i odsłaniając wczesny Wszechświat ze znacznie większą szczegółowością, niż było to wcześniej możliwe.

Obrazy wczesnego Wszechświata wykonane przez Webba działały jak fala oceaniczna, dostarczając nowych fal dowodów. „Hubble od dawna pokazywał bezmiar wydłużonych galaktyk” – mówi współautor Marc Huertas-Company, pracownik naukowy Instytutu Astrofizyki na Wyspach Kanaryjskich. Jednak badacze nadal zastanawiali się: czy dodatkowe szczegóły byłyby lepiej widoczne przy czułości na światło podczerwone? „Webb potwierdził, że Hubble nie przeoczył żadnych dodatkowych cech w galaktykach, które obaj obserwowali. Ponadto Webb pokazał nam wiele odleglejszych galaktyk o podobnych kształtach, wszystko bardzo szczegółowo”.

Przed Webbem długa droga...

W naszej wiedzy nadal istnieją luki – badacze nie tylko potrzebują jeszcze większej próbki od Webba, aby jeszcze bardziej udoskonalić właściwości i dokładne lokalizacje odległych galaktyk, ale także będą musieli poświęcić dużo czasu na ulepszanie i aktualizację swoich modeli, aby lepiej odzwierciedlały precyzyjne geometrie odległych galaktyk. „To wstępne wyniki” – twierdzi współautorka Elizabeth McGrath, profesor nadzwyczajny w Colby College w Waterville w stanie Maine. „Musimy zagłębić się w dane, aby dowiedzieć się, co się dzieje, ale jesteśmy bardzo podekscytowani tym, co już wiemy”.

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest najważniejszym na świecie obserwatorium nauk kosmicznych. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spoglądając dalej, na odległe światy wokół innych gwiazd i badając tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze miejsce w nim. Webb to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami, ESA (Europejską Agencją Kosmiczną) i Kanadyjską Agencją Kosmiczną.