Międzynarodowy zespół astronomów dostrzegł najbardziej odległy obiekt astronomiczny w historii. To galaktyka, która narodziła się bardzo wcześnie, bo około 300 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Podczas obserwacji badacze dostrzegli także drugi niemal tak samo odległy obiekt. To również galaktyka. Pierwszy z obiektów otrzymał nazwę HD1, drugi HD2 i oba stanowią zagadką dla naukowców.
W ślad za najodleglejszą gwiazdą, jaką kiedykolwiek widziano (więcej na ten temat w tekście: Teleskop Hubble'a odkrył najdalej położoną gwiazdę), astronomowie odkryli nową, rekordowo daleką galaktykę, która istniała już 330 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Galaktyka ta, znana jako HD1, zastępuje GN-z11 jako najdalszy znany obiekt we Wszechświecie o dobre 100 milionów lat. Biorąc pod uwagę to, że patrzenie w kosmos to patrzenie w przeszłość, HD1 jest najstarszą znaną galaktyką.
Opis badań dotyczący HD1 i HD2 został zaakceptowany do publikacji w „The Astrophysical Journal” i można się z nim zapoznać w bazie pre-printów arXiv (arXiv:2201.00823). Obserwacje zostały opisane także w towarzyszącym artykule zaakceptowanym do publikacji w „Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters”, który również jest dostępny w bazie pre-printów arXiv (arXiv:2112.09141).
Zagadkowa galaktyka
W publikacji badacze opisują dwa obiekty znajdujące się dalej niż GN-z11. Chodzi o HD1 i HD2. Potrzeba więcej obserwacji, aby potwierdzić ich dokładną odległość. Jednak to, co do tej pory znaleziono, wskazuje na galaktyki znajdujące się na krańcu naszych możliwości obserwacyjnych, przynajmniej przez kilka najbliższych miesięcy, do czasu pełnego uruchomienia Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST).
– Znalezienie HD1 spośród ponad 700 000 obiektów było bardzo trudne – stwierdził główny autor pracy i odkrywca galaktyki Yuichi Harikane z Uniwersytetu Tokijskiego. – Czerwony kolor HD1 zaskakująco dobrze pasował do oczekiwanych cech galaktyki odległej o 13,5 miliarda lat świetlnych, co przyprawiło mnie o gęsią skórkę, gdy ją znalazłem – dodał naukowiec.
Galaktyki zostały odkryte przy pomocy Teleskopu Subaru, Teleskopu VISTA, UK Infrared Telescope oraz Kosmicznego Teleskopu Spitzera. Łącznie na obserwacje przeznaczono 1200 godzin. Analizy dostarczyły istotnych danych na temat odległości obiektu. Dalsze obserwacje za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) potwierdziły wcześniejsze przypuszczenia.
Zespół planuje wykorzystać JWST, którego misja naukowa rozpocznie się w czerwcu, do potwierdzenia odległości HD1 i lepszego zrozumienia natury tej galaktyki, ponieważ obiekt stanowi pewną zagadkę dla naukowców, dlatego, że w świetle ultrafioletowym jest po prostu zbyt jasny.
Możliwe wyjaśnienia
W drugim artykule towarzyszącym odkryciu, Harikane i współautorzy zastanawiają się nad naturą tych odległych źródeł światła. Mają dwa możliwe wytłumaczenia, choć oba są trudne do pogodzenia z obecnymi modelami.
W jednym z nich źródłem może być kwazar, supermasywna czarna dziura w centrum odległej galaktyki lub protogalaktyki, która bardzo szybko pochłania ogromne ilości materii. Siły te powodują, że materia jest tak gorąca, że przyćmiewa samą galaktykę. Gdyby tak było, musiałaby to być supermasywna czarna dziura o masie około 100 milionów mas Słońca. Powstanie takiego giganta na tak wczesnym etapie istnienia Wszechświata jest trudne do wyjaśnienia, choć nie niemożliwe. Dla porównania czarna dziura znajdująca się w centrum Drogi Mlecznej ma masę 4,6 miliona mas Słońca.
Inna możliwość jest taka, że obiekt ten jest galaktyką rodzącą gwiazdy. Naukowcy szacują, że dla wyjaśnienia zagadki w tamtym obszarze musiałoby powstawać 100 nowych gwiazd o masie Słońca każdego roku. Jest to 10 razy więcej niż oczekiwano. I podobnie jak przy pierwszej hipotezie nie jest to niemożliwe, ale z pewnością trudne do wyjaśnienia.
Trudne pytania o naturę obiektu
– Odpowiedź na pytania o naturę tak odległego źródła może być trudna – mówi główny autor drugiej pracy, astronom Fabio Pacucci. – To tak, jakby zgadywać narodowość statku na podstawie bandery, pod którą pływa, obserwując go z głębi lądu, gdy okręt znajduje się w środku wichury i gęstej mgły. Być może można dostrzec niektóre kolory i kształty, ale nie całość. Najlepsza jest w tej sytuacji długa analiza danych i wykluczanie niewiarygodnych scenariuszy – dodaje.
Oczekuje się, że JWST, jak również Teleskop Nancy G. Roman oraz inne nowo powstające obserwatoria podczerwone, takie jak japoński GREX-PLUS, znajdą więcej tych niezwykle odległych galaktyk z początków Wszechświata.
Źródło: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, IFLScience, fot. Harikane et al.