Zespół astronomów z Uniwersytetu Stanowego Arizony donosi o odkryciu dziwnej galaktyki karłowatej, którą nieoczekiwanie dostrzeżono na zdjęciach z teleskopu Webba i która zgodnie z naszą dotychczasową wiedzą... nie powinna istnieć.
Galaktyki to ogromne, powiązane ze sobą grawitacyjnie układy gwiazd. Zawierają też obłoki kosmicznego gazu i pyłu oraz spore ilości wciąż zagadkowej dla nauki ciemnej materii. Galaktyki karłowate, z definicji niewielkie i o niskiej jasności, są przy tym najbardziej rozpowszechnione we Wszechświecie. Składają się zazwyczaj z mniej niż 100 milionów gwiazd, podczas gdy dla porównania w Drodze Mlecznej znajduje się ich blisko 200 miliardów.
Taki jest w uproszczeniu obecny stan wiedzy, ale wiele wskazuje też na to, że nasze rozumienie fizyki i ogólnej populacji galaktyk karłowatych może być niekompletne. W ramach projektu JWST Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science, w skrócie PEARLS, Tim Carleton z Uniwersytetu Stanowego w Arizonie wraz z zespołem odkrył na zdjęciach z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba intrygującą galaktykę karłowatą, którą nazwano PEARLSDG. Nie ona była celem obserwacji, ale pojawiła się na niektórych obrazach z JWST w obszarze przestrzeni. Po prostu była w pobliżu, nieco poza głównym polem obserwacji – w obszarze, gdzie naukowcy nie spodziewali się niczego takiego zobaczyć.
Wyniki i opis obserwacji ukazał się na łamach „Astrophysical Journal Letters” (DOI: 10.3847/2041-8213/ad1b56).
PEARLSDG nie wykazuje typowych cech galaktyki karłowatej, których można by się spodziewać. Nie oddziałuje grawitacyjnie z pobliską galaktyką, ale też nie wytwarza nowych gwiazd. Jak się okazuje, jest to bardzo interesujący przypadek odizolowanej galaktyki będącej w stanie spoczynku, jeśli chodzi o procesy gwiazdotwórcze.
Tego typu nie wytwarzające już gwiazd i odosobnione galaktyki karłowate nie były wcześniej w zasadzie obserwowane, z wyjątkiem kilku nielicznych przypadków. Zgodnie z przyjętą teorią ewolucji galaktyk, nie powinny one wcale występować, gdyż co do zasady galaktyki karłowate, które egzystują w kosmosie samodzielnie, nadal tworzą nowe gwiazdy. Inaczej mówiąc, w dotychczasowym zrozumieniu ewolucji galaktyk zakładaliśmy, że albo taka odizolowana galaktyka nadal produkuje gwiazdy, albo też wchodzi w interakcje z bardziej masywną galaktyką towarzyszącą. Teoria ta nie znalazła jednak potwierdzenia w przypadku PEARLSDG, która jest jednocześnie galaktyką starą, nie tworzącą już gwiazd, i trzymającą się wyraźnie na uboczu.
W dalszych badaniach niezwykle istotne okazało się to, że na zdjęciach galaktyki pochodzących z kamery NIRCam teleskopu JWST, można zaobserwować poszczególne gwiazdy. Co więcej, to jedna z najdalszych galaktyk, w których możemy zobaczyć różnego typu gwiazdy tak wyraźnie. Ich duża jasność w zakresie pasma obserwacji Webba, a także fakt, że możliwa była identyfikacja konkretnych gwiazd na zdjęciach, była tu kluczowa, bo określone typy gwiazd mają też określoną jasność absolutną, więc mierząc ich jasność obserwowaną, czyli pozorną, można było określić, jak daleko od nas się znajdują, pozwalając zespołowi na dokładne wyznaczenie ich odległości. Okazało się, że gwiazdy składające się na PEARLSDG są jednymi z najodleglejszych obiektów tego typu, jakie udało się dotąd zaobserwować. Znajdują się aż 98 milionów lat świetlnych od nas.
Naukowcy sięgnęli również po szeroki zakres danych obserwacyjnych w ultrafiolecie, świetle widzialnym i podczerwieni, pochodzących z innych teleskopów. Były to między innymi obserwacje spektroskopowe z instrumentu DeVeneya na Teleskopie Lowell Discovery we Flagstaff w Arizonie, obrazy z teleskopów kosmicznych Galex i Spitzer oraz dane z wielkich przeglądów nieba Sloan Digital Sky Survey i Dark Energy Camera Legacy Survey. Wszystkie te archiwalne dane zostały zestawione w celu zbadania profilu barwnego PEARLSDG. Dlaczego? Współczesna astronomia w dużej mierze polega właśnie na porównywaniu różnych obserwacji. Wiadomo na przykład, że młode, nowo powstałe gwiazdy mają specyficzną sygnaturę barwną, a jej brak dobitnie świadczy o tym, że w danej galaktyce nowe gwiazdy po prostu się już nie tworzą.
Co więcej, spektrograf DeVeneya rozszczepia światło obiektów astronomicznych na poszczególne składniki, umożliwiając astronomom szczegółowe badanie jego właściwości. W tym przypadku specyficzne przesunięcie długości fali zaobserwowane w danych spektroskopowych ujawniło kluczowe informacje o ruchu galaktyki PEARLSDG w przestrzeni, wykorzystując ten sam mechanizm fizyczny, który dobrze odpowiada za znany nam dobrze efekt Dopplera. Informacje te były dowodem na to, że PEARLSDG nie jest powiązana grawitacyjnie z żadną inną galaktyką, zatem jest naprawdę odizolowana.
Wszystko wskazuje zatem na to, że niepozorna galaktyka karłowata pomoże astronomom w ulepszeniu obecnej teorii formowania się i ewolucji galaktyk. Odkrycie zmienia sposób, w jaki na nie patrzymy, ale też nieśmiało podpowiada możliwość, że takich izolowanych galaktyk w stanie „spoczynku gwiazdotwórczego” jest więcej i tylko czekają na identyfikację. Szczęśliwie Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba dysponuje wystarczająco czułymi instrumentami, aby je odkryć.
Warto dodać, że do różnego typu dziwnych galaktyk, które na pozór nie powinny istnieć, jesteśmy przez astronomów przyzwyczajani od dłuższego czasu. Jedną z nich jest Nube – galaktyka, w której gęstość gwiazd niemal nie zmienia się w całym jej obszarze (więcej na ten temat w tekście: Astronomowie odkryli galaktykę o dziwnych cechach). Kilka lat temu donoszono też o galaktyce bez ciemnej materii (więcej na ten temat w tekście: Galaktyki bez ciemnej materii? Nowe obserwacje ujawniają kolejny przykład), a ostatnio pojawiła się publikacja na temat takiej, w której w ogóle nie widać gwiazd.
Źródło: Arizona State University,fot. NASA, ESA, CSA, Jake Summers (ASU), Jordan C. J. D'Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Aaron Robotham (UWA) and Rogier Windhorst (ASU)
