A James Webb-űrtávcső (James Webb Space Telescope – JWST) hatalmas fénygyűjtő képességének és kimagasló infravörös teljesítményének köszönhetően felbocsátása után azonnal a távoli, egyben korai világegyetem tanulmányozásának legfontosabb megfigyelőeszközévé vált. A legtávolabbi, legkorábbi galaxisok halvány, és a világegyetem tágulása miatt erős kozmológiai vöröseltolódást szenvedett fényét csak a JWST képes észlelni. Nem csoda, hogy a csillagászok az űrtávcső beüzemelését követően azonnal hozzákezdtek a legtávolabbi és legősibb csillagvárosok katalogizálásához és osztályozásához.

A szakembereket is meglepte, hogy a munka során olyan egészen kezdetleges galaxisokat is találtak, amilyenek jelenleg, a közeli kozmikus szomszédságunkban is léteznek. Ezek a ritka, és csak a közelmúltban azonosított zöldborsó-galaxisok. Ezek a képződmények – amint azt nevük is sugallja – kicsik és zöldes színárnyalatúak. Átmérőjük tipikusan 5 ezer fényév körüli – ez saját galaxisunkénak mindössze egyhuszada –, erős csillagkeletkezés, sok csillagközi anyag és ennek az oxigénben gazdag, gerjesztett gáznak az emissziós sugárzása jellemzi őket. Belső szerkezet alig figyelhető meg náluk.

Egy közeli és távoli zöldborsó-galaxis összehasonlítása. Balra a Sloan Digitális Égboltfelmérés által megfigyelt célpontok közül egy tipikus példány. Ez tőlünk 170 millió fényévre található, átmérője nagyjából 4000 fényév. A megjelenése alapján rögtön megértjük a mára a galaxistípus hivatalos elnevezésévé vált becenevet. Jobbra egy nagyon hasonló galaxis a világegyetem hajnaláról, a JWST felvételén. A lépték azonos. A hamisszínes felvétel csak sejteti, hogy ez a galaxis tőlünk nézve nem zöld, hanem valójában az emberi szem számára láthatatlan infravörös, ám ezt az eltérést csupán a jelentős kozmológiai vöröseltolódás okozza. Valójában ugyanolyan színű mindkettő. Forrás: SDSS/NASA/ESA/CSA/STScI.

„Ezeknek a korai galaxisoknak a részletes kémiai elemzése révén megállapítottuk, hogy ők lehetnek az eddig azonosított legkezdetlegesebb galaxisok. Ugyanakkor kapcsolatot találtunk ezek, a világegyetem hajnalán létezett galaxisok és közeli, így sokkal alaposabban tanulmányozható, hasonló képződmények között” – fejtette ki a napokban James Rhoads, a kutatások vezetője, a NASA Goddard Űrközpontjának asztrofizikusa az Amerikai Csillagászati Társaság 241., seattle-i közgyűlésén.

A zöldborsó-galaxisok színe azért különleges, mert fényük egy jelentős része származik fénylő gázfelhőkből, amelyek csak az anyagukra jellemző, bizonyos hullámhosszakon sugároznak. Ezzel szemben a szokványos galaxisok fényének döntő hányada csillagokból ered, ezek pedig, ha nem is egyenletesen, de a szivárvány minden színében sugároznak.

„Ezek a borsószemek noha kicsik, ám bennük a csillagok keletkezésének üteme méretükhöz viszonyítva szokatlanul erős, ami intenzív fényléssel jár az ibolyántúli tartományban” – teszi hozzá Keunho Kim, a Cincinnati Egyetem posztdoktor kutatója, a kutatócsoport tagja. – „A Hubble-űrtávcső zöldborsó-galaxisokról készült ultraibolya tartományú felvételei, valamint földi távcsövekkel végzett korai csillagképző galaxisok megfigyelései alapján nyilvánvaló, hogy ez mindkét csoport közös jellemzője.”

A James Webbet üzemeltető NASA, ESA és a Kanadai Űrügynökségek 2022 júliusában az űrtávcső első felvételei között publikálták a SMACS 0723 jelű galaxishalmazt ábrázoló mélyég-felvételt. Ez a viszonylag közeli halmaz óriási tömege révén eltorzítja és felerősíti bizonyos háttérégitestek képét – ez a gravitációslencse-hatás. A kutatók ezen a felvételen azonosítottak három ilyen távoli zöldborsó-galaxist, amiben így a gravitációs lencsézés is segítséget nyújtott. A Webb segítségével a csillagászok pedig nem csak lefényképezték, de színképeket is rögzítettek erről a három galaxisól. A vöröseltolódásra való korrekciót követően nyilvánvalóvá vált a hasonlóság a közelünkből már ismert hasonló galaxisok és a három újonnan felfedezett csillagváros között.

Két közeli (fent, zölddel) és három távoli (alul, pirossal) zöldborsó-galaxis színképének összehasonlítása. A hasonlóság laikus szemmel is nyilvánvaló. A megjelölt csúcsok a gerjesztett csillagközi gázok emissziós sugárzását mutatják, ezek dominálnak mindegyik célpontnál. Forrás: NASA/Rhoads et al. 2023.

A hasonlóságok mellett ugyanakkor nyilvánvaló különbségeket is feltártak az asztrofizikusok a korai és jelenlegi zöldborsó-galaxisok közt. „Ezeket a rendszereket akár 13,1 milliárd évvel ezelőtti állapotukban látjuk, amikor a világegyetem kora a mainak csupán 5%-a volt” – magyarázza Sangeeta Malhotra, szintén a Goddard Űrközpont munkatársa a JWST-vel megfigyelt ősi zöldborsó-galaxisokkal kapcsolatban – „és azt látjuk, hogy ezek minden tekintetben fiatal galaxisok – tele vannak fiatal csillaggal és olyan fénylő gázzal, ami még nagyon kevés csillagokból újrahasznosított kémiai elemet tartalmaz. Egyikük oxigéntartalma például mindössze 2%-a a saját galaxisunkénak, így ez lehet az egyik kémiailag legkezdetlegesebb ma ismert galaxis.”

Forrás: NASA