Από τότε που εκτοξεύσαμε το James Webb, οι αστρονόμοι έχουν παρατηρήσει το σύμπαν πιο μακριά από ποτέ. Έχουμε καταφέρει να δούμε πριν από περισσότερα 13 δισεκατομμύρια χρόνια, μια περίοδο γνωστή και ως «Κοσμικοί Σκοτεινό Χρόνοι», όταν δηλαδή σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες, κάπου ανάμεσα στα 200 εκατομμύρια και 1 δισεκατομμύρια χρόνια, από την Μεγάλη Έκρηξη.
Τηλεσκόπια σαν το James Webb βλέπουν στο παρελθόν του Σύμπαντος, λόγο της πεπερασμένης ταχύτητας του φωτός. Το φως που έρχεται τώρα στα τηλεσκόπιά μας, ξεκίνησε το ταξίδι του προς τα εμάς, όταν ξεκινούσε το διαστελλόμενο σύμπαν μας.
Δυστυχώς, το φως αυτής της περιόδου περιορίστηκε στην ακτινοβολία υπολειμμάτων που προκλήθηκε από τη Μεγάλη Έκρηξη – το Κοσμικό Υπόβαθρο Μικροκυμάτων (CMB) – και τα φωτόνια που απελευθερώθηκαν από τον επαναϊονισμό του ουδέτερου υδρογόνου από την αστρική ακτινοβολία.
Προηγούμενα παρατηρητήρια, όπως τα αξιοσέβαστα διαστημικά τηλεσκόπια Hubble και Spitzer , δεν ήταν σε θέση να παρατηρήσουν γαλαξίες κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, καθώς το τα όργανά τους παρουσίαζαν χαμηλή ευαισθησία στο υπέρυθρο φάσμα, που είναι απαραίτητο. Αυτό γιατί σε εκείνη, τη νεαρή, περίοδο του Σύμπαντος, τα πάντα καλύπτονταν από πυκνά σύννεφα υδρογόνου, με το ορατό φως να δυσκολεύεται να τα διαπεράσει. Με τις υπέρυθρες κάμερες υψηλής ανάλυσης του James Webb όμως, έχουμε τη δυνατότητα να δούμε ακόμα πιο βαθιά, αν και όχι ακόμα μέχρι τη Μεγάλη Έκρηξη.
Μια νέα μελέτη όμως έφτασε, με επικεφαλής τον Marco Castellano, από το Obsservatorio Astronomico di Roma (INAF-OAR). Μαζί του είχε και διάφορους αστροφυσικούς από διάφορα ιδρύματα, όπως το Harvard και πολλά άλλα από όλο τον κόσμο.
Εδώ και καιρό το James Webb στοχεύει προς γαλαξίες που υπήρχαν πριν από περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια. Εικόνες από τέτοιους γαλαξίες, εμφανίστηκαν από τις πρώτες λήψεις του James Webb, σαν Μικρές Κόκκινες Κουκίδες, που αποδείχθηκε στη συνέχεια πως ήταν οι πρώιμοι Γαλαξιακοί Πυρήνες, γνωστοί και ως κβάζαρ.
Πριν από το James Webb, τα τηλεσκόπια Hubble και Spitzer έβλεπαν μέχρι και πριν από 500 εκατομμύρια χρόνια από την Μεγάλη Έκρηξη. Όμως τώρα ήρθε το James Webb, με πολύ μεγαλύτερη ευαισθησία και άνοιξε ένα παράθυρο με θέα τις πρώτες φάσεις της δημιουργίας και εξέλιξης των πρώτων γαλαξιών.
“Η JWST ανακάλυψε δεκάδες πηγές σε υψηλότερες μετατοπίσεις στο κόκκινο έως και z -14,2 (ο σημερινός κάτοχος ρεκόρ, που αντιστοιχεί σε ~300 Myr μετά το BB). Η JWST επέτρεψε μια λεπτομερή μελέτη των φυσικών τους ιδιοτήτων, συμπεριλαμβανομένης της χημικής σύστασης του αερίου τους.
«Μεταξύ μιας κατολίσθησης συναρπαστικών αποτελεσμάτων, θα έλεγα ότι δύο αποτελέσματα που προέκυψαν από το JWST πρέπει να επισημανθούν: η μεγάλη αφθονία φωτεινών γαλαξιών 500-300 εκατομμυρίων ετών μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και ο μεγάλος αριθμός αχνών AGN τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια».
Ο αριθμός των γαλαξιών που βρέθηκαν κατά τη διάρκεια αυτής της πρώιμης περιόδου, εξέπληξαν τους επιστήμονες, καθώς έφεραν ένταση στα καθιερωμένα κοσμολογικά μοντέλα.
Το ίδιο συνέβη και με τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, που βρέθηκαν σε αυτή την περίοδο, οι οποίες ήταν πολύ μεγαλύτερες από ότι είχαν προβλέψει τα κοσμολογικά μας μοντέλα. Τα μοντέλα αυτά έλεγαν πως δεν υπήρχε αρκετός χρόνος από την Μεγάλη Έκρηξη ώστε να σχηματιστούν τόσοι πολλοί φωτεινοί γαλαξίες, ούτε και τόσο μεγάλες μαύρες τρύπες.
Το πρώτο είναι και το επίκεντρο της μελέτης του Castellano, που δήλωσε:
«Από τις πρώτες παρατηρήσεις το JWST έχει βρει έναν αριθμό γαλαξιών στο z >9 με φωτεινή UV εκπομπή που είναι πολύ υψηλότερη από ό,τι είχε προβλεφθεί από θεωρητικά μοντέλα ή με βάση προηγούμενες παρατηρήσεις».
«Τα τελευταία 3 χρόνια έχουν γίνει αρκετές θεωρητικές προσπάθειες να εξηγηθεί αυτή η «υπερβολή» των φωτεινών γαλαξιών είτε λόγω, π.χ. πολύ χαμηλής εξασθένησης σκόνης, ή υψηλής απόδοσης σχηματισμού άστρων, είτε λόγω της συμβολής της εκπομπής από φτωχά σε μέταλλα άστρα ή της συσσώρευσης σε υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες κ.λπ.».
«Είναι θεμελιώδες να ψάχνουμε για γαλαξίες με μετατοπίσεις στο κόκκινο υψηλότερο από εκείνους που έχουν εξερευνηθεί μέχρι τώρα για να δοκιμάσουμε τις προβλέψεις αυτών των θεωρητικών μοντέλων».
Σύμφωνα με τη μελέτη τους, η ομάδα συμβουλεύτηκε τις φωτομετρικές μετρήσεις JWST και HST από τους καταλόγους ASTRODEEP-JWST και ανέλυσε τις επτά έρευνες που το αποτελούν.
Αυτό περιελάμβανε το Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), τα πεδία που παρατηρήθηκαν από τις έρευνες Great Observatories Origins Deep Survey-North (GOODS-N) και GOODS-South , First Reionization Epoch Spectroscopically Complete Observations (FRESCO), την καμπάνια Nextgal Generation Deep Exploratory C. GLASS-JWST και πολλά άλλα.
Η ομάδα κατάφερε μέσα σε έναν τεράστιο όγκο φωτομετρικών δεδομένων, να ανακαλύψει γαλαξίες με τιμές μετατόπισης του φωτός, στο κόκκινο z-15-30. Από αυτούς που βρήκαν , έκαναν επιλογή με βάση το σχήμα της κατανομής της φασματικής ενέργειας και των διαλείψεων Lyman.
Η τελευταία τεχνική περιλαμβάνει γαλαξίες υψηλής μετατόπισης ερυθρού, μέσω φίλτρων υπέρυθρου και υπεριώδους, αφού η ακτινοβολία απορροφάται σχεδόν πλήρως από το ουδέτερο αέριο που τους περιβάλλει.
Έτσι οι αστρονόμοι κατάφεραν να αναγνωρίσουν μόνο λίγους γαλαξίες με τιμές μετατόπισης προς το κόκκινο, z=15 ή υψηλότερες. Από αυτά η ομάδα επέλεξε 10 αντικείμενα για να αναλύσει, δείχνοντας παράλληλα πόσο δύσκολη είναι η μελέτη αντικειμένων σε αυτές τις μετατοπίσεις στο κόκκινο.
Perseverance: Η NASA χτύπησε “φλέβα χρυσού” στον Άρη! «Ήταν ό,τι περιμέναμε και ακόμα παραπάνω»
Για παράδειγμα, ένας από αυτούς τους υποψηφίους είχε ήδη παρατηρηθεί με το φασματόμετρο κοντινού υπερύθρου του Webb (NIRSpec) ως μέρος της Έρευνας CANDELS-Area Prism Epoch of Reionization Survey (CAPERS).
Αυτός ο γαλαξίας παρουσιάζει υψηλό ρυθμό σχηματισμού άστρων, αλλά φαίνεται εξαιρετικά εξασθενημένος από την σκόνη και τα νέφη υδρογόνου, κάνοντάς τον να φαίνεται πιο κόκκινος. Για αυτό και βγήκε από τη λίστα. Οι τελικοί υποψήφιοι στη μελέτη, παραμένουν πιθανοί z~15-20 και είναι άξιοι περαιτέρω μελέτης.
Παράλληλα, η μελέτη της ομάδας θα μπορούσε να έχει συνέπειες στη μελέτη γαλαξιών που καλύπτονται από σκόνη και αέρια, οι οποίοι υπήρχαν πριν από 13 δισεκατομμύρια χρόνια. Υπάρχουν και οι γαλαξίες εξαιρετικά υψηλής μετατόπισης ερυθρού, με z=4 μέχρι 7 (12,5 έως 13,3 δισεκατομμύρια χρόνια), που όμως είναι ιδιαίτερα δύσκολη στην κατανόηση.
Έτσι λοιπόν, η ομάδα κατάφερε να εντοπίσει τους αρχαιότερους γαλαξίες που έχουμε δει στο Σύμπαν και ορισμένους από τους πρώτους γαλαξίες που υπάρχουν. Και κάπου εδώ ξεκινάει η αναλυτικότερη μελέτη τους, για να δούμε τι νέο έχουν να μας πουν για την προέλευση των πάντων.
Με την τεχνολογία να κάνει τεράστια άλματα, η Επιστήμη έχει αποκτήσει έναν δυνατό σύμμαχο που την βοηθάει να δει πιο καθαρά, πιο μακριά και πλέον μπορεί να μελετήσει καλύτερα από ποτέ, το πως ξεκίνησαν όλα!
Η μελέτη της ομάδας δημοσιεύθηκε στο Astronomy & Astrophysics.
