Alig két héttel a Világegyetemünk keletkezésének korai szakaszába tekintő NASA James Webb-űrteleszkóp első fotóinak és adatainak megjelenése után már özönlenek az előzetes eredmények; többek között sokan pályáznak a valaha látott legtávolabbi galaxis címére. A James Webb-űrteleszkóp képein rengeteg galaxis fénylik a távoli kozmoszban, az Ősrobbanás utáni pár száz millió éves, azaz 13,8 milliárd évvel ezelőtti állapotukat mutatva. Az űrtávcső bámulatosan éles képeivel megrengette a csillagász közösség korai Univerzumról alkotott elképzeléseit. Válogassunk kicsit a James Webb-űrtávcső első megfigyeléseiből született előzetes eredmények közül!

Elképesztően sok galaxis van odakint

Mivel a James Webb-űrteleszkóp infravörös tartományban érzékeny, az Univerzum tágulásának következtében pedig a fény a vörös felé tolódik el (kozmológiai vöröseltolódás), az űrteleszkóp kiválóan alkalmas a Világegyetemünk korai szakaszában kialakult galaxisok megfigyelésére. A júniusban indult első tudományos megfigyelése során rengeteg távoli galaxist fényképezett le, amelyek más távcsövek, mint például a Hubble-űrtávcső számára is túl messze vannak.

A korai galaxisok időszaka a kozmikus hajnallal indult, valamikor 250 millió évvel az Ősrobbanás után, amikor az első csillagok megalakultak és ,,kivilágították” az Univerzumot. A csillagok későbbi generációi galaxisokba tömörültek, ezek azok a halvány vörös foltok, amelyeket a James Webb elkezdett feltérképezni. Az űrtávcső fényképein alig találni olyan területet, ahol nincs semmi – rengeteg eddig sosem látott ősi galaxist örökített meg.

A James Webb eddigi adataiból készített egyik új tanulmányban rengeteg távoli galaxist vizsgáltak meg, hogy kiderítsék, milyen rátával alakultak ki a csillagok a korai Univerzumban. Negyvennégy eddig ismeretlen galaxist találtak, amelyek egészen az Ősrobbanás utáni 300 millió évig nyúlnak vissza. Korábban is ismert tizenegy galaxissal kombinálva mutatták meg, hogy már a korai Világegyetemben is jelentős mennyiségű galaxisban keletkeztek csillagok.

Nagy a verseny a legtávolabbi galaxis címéért

Talán az egyik legnagyobb horderejű versengés a James Webb-űrteleszkóp adataiban található legtávolabbi galaxis azonosítása körül alakult ki. Számos jelöltet találtak, amelyeknek a tulajdonságait még további vizsgálatokkal kell ellenőrizni, de közülük bármelyik megdöntené a Hubble-űrteleszkóp eddigi legtávolabbi galaxisának rekordját, amely az Ősrobbanás után 400 millió évvel létezett.

Az égbolt ugyanazon kis részén találták ezt a két távoli galaxist a James Webb-űrteleszkóp felvételein. A becslések szerint a jobb oldali galaxis az Ősrobbanás után 300 millió évvel már létezhetett. (Forrás: JWST GLASS Survey NASA/CSA/ESA/STScI; Pascal Oesch/University of Geneva)

A címért versenyző egyik galaxis a GLASS névre keresztelt James Webb felmérésben bukkant fel, egy kissé még távolibb galaxissal ugyanazon a fényképen. Marco Castellano (NIA, Róma) beszámolója szerint meglepetésként érte őket, hogy egyszerre két ilyen fényes, távoli galaxist találtak. Nem gondolták, hogy az égbolt ilyen kicsiny mindjárt két, ennyire távoli galaxisra bukkannak. Tőlük függetlenül egy másik kutatócsoport is észrevette ezt a két galaxist.

A galaxisok távolságát meg lehet állapítani a vöröseltolódás alapján, ami azt fejezi ki, hogy a galaxisból érkező fény mennyire tolódott el a vörösebb hullámhosszak felé, mire elért hozzánk. Minél nagyobb a vöröseltolódás, annál távolabbi a galaxis. A GLASS-felmérésben talált jelöltek vöröseltolódása körülbelül 13; néhány nappal azután viszont, hogy az előzetes eredményeket az arXiv szerverre feltették, egyre több tanulmány jelent meg, még nagyobb vöröseltolódás értékekkel.

Maisie galaxisa, amit Steven Finkelstein csillagász a lánya után nevezett el. A becslései szerint a galaxis az Ősrobbanás után 280 millió évvel létezett (Forrás: Steven Finkelstein (UT Austin), Micaela Bagley (UT Austin), Casey Papovich (Texas A&M) and the CEERS Team)

Az egyik ilyen jelölt, amelynek vöröseltolódását 14-re becsülték, a CEERS felmérésben bukkant fel, a James Webb egyik korai projektjéből. A CEERS felmérés vezető kutatója a lányáról Maisie galaxisának keresztelte a távoli objektumot. Egy másik tanulmányban a James Webb-űrteleszkóp első deep-field elemezve két lehetséges galaxist találtak 16-os vöröseltolódásnál, ami azt jelentené, hogy már az Ősrobbanás után 250 millió évvel léteztek. A legnagyobb vöröseltolódás-értékeket arXiv-ra feltöltött előzetes tanulmányokban találni, ott akadnak olyan galaxisok, amelyek esetében 20-as értékeket becsültek.

Némely galaxis meglepően komplex

A távoli galaxisok strukturáltabbak, mint amire előzetesen számítottak. Az első mélyég-felvételen meglepően nagy számban találtak korong alakú galaxisokat. A Hubble-űrtávcső méréseivel megállapították, hogy a távolabbi galaxisok nagyobb arányban irreguláris formájúak, mint a közelebbiek. Az elmélet szerint a korai galaxisokat gyakran eltorzították a szomszédos galaxisok – a James Webb megfigyelései alapján viszont több mint 10-szer annyi távoli galaxist találtak korong szerkezettel, mint várták.

Az első széles körben nyilvánosságra hozott James Webb deep-field felvétel, megannyi látványos objektummal (Forrás: NASA, ESA, CSA, STScI)

A James Webb-űrteleszkóp felbontásának köszönhetően kiderült, hogy már jóval korábbi galaxisokban is kialakulnak korongok, mint gondoltuk. Ez ellentmond az eddigi galaxisfejlődési elméleteknek, így az izgalmas új eredmények egyben fejtörésre is okot adnak.

Egy másik, az arXiv-ra feltöltött, még nem publikált tanulmány szerint korábban kialakultak már nagy tömegű galaxisok, mint eddig gondoltuk. Ivo Labbé (SUT, Melbourne) kutatócsoportja hét olyan nagytömegű galaxist talált a CEERS mezőben, amelyeknek a vöröseltolódása 7 és 10 közé esik. Ebből arra következtettek, hogy legalább néhány nagytömegű galaxis központi régiója már nagyjából kialakult az Ősrobbanás után 500 millió évvel, némelyikük fejlődése pedig roppant korán indulhatott be.

A galaktikus kémiát illetően is egyre szerteágazóbb és bonyolultabb kép rajzolódik ki a James Webb-űrteleszkóp adataiból. Az első fényképen 5-ös vagy nagyobb vöröseltolódású galaxisok spektrumait vizsgálták, amiből a galaxisokat felépítő kémiai elemek meghatározhatók. Az eredmények szerint némely elemekben, például oxigénben meglepően gazdagok. Az eddigi elméletek szerint a kémiai elemek feldúsulása időigényesebb folyamat, abból, hogy már a korai galaxisokban is zajlik a kialakulásuk, újra kell gondolni a csillagkeletkezés sebességét is.

A közeli galaxisok kisebbek, mint gondoltuk

A James Webb-űrteleszkóp eredményeinek meglepetései még az Univerzum későbbi szakaszaiban is megjelennek. Az egyik új tanulmány az úgynevezett kozmikus dél idejét vizsgálta, körülbelül hárommilliárd évvel az Ősrobbanás után. Ebben az időszakban érte el a csillagkeletkezés a csúcsát.

Wren Suess (UoC, Santa Cruz) Hubble és James Webb felvételeket hasonlított össze a kozmikus dél idejének galaxisairól. A James Webb űrteleszkóp infravörös tartományú mérésein a legtöbb nagytömegű galaxis jóval kisebbnek tűnt, mint a Hubble-fotókon. A Hubble mérési adatainak analíziséből arra következtettek, hogy a galaxisok kisebbek és idővel egyre nagyobbak lesznek, de a James Webb eredményei alapján eddig nem láttuk a teljes képet. A galaktikus evolúció jóval bonyolultabb lehet, mint eddig gondoltuk.

A James Webb-űrteleszkóp éppen csak megkezdte tervezett 20 évnyi munkáját, így a csillagászok számítanak rá, hogy sok meglepetés vár még rájuk. Allison Kirkpatrick (UoK, Lawrence) elmondása szerint mostanában gyakran fekszik ágyában álmatlanul hajnali három táján, azon gondolkodva, hogy vajon minden eddigi munkája hibás-e.

Forrás: Nature