Az ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) antennarendszerrel és az ESO VLT (Very Large Telescope) távcsőegyüttesével végzett észlelések szerint a MACS1149-JD1 katalógusjelű nagyon távoli galaxisban a csillagkeletkezés rendkívül korán, az ősrobbanás után mindössze 250 millió évvel beindult. A felfedezéshez kötődik az oxigén eddigi legtávolabbi detektálása is az univerzumban, illetve a galaxis az ALMA és a VLT esetében is a valaha megfigyelt legtávolabbi ilyen objektum.
Egy nemzetközi csillagászcsoport a MACS1149-JD1 jelű távoli galaxist figyelte az ALMA antennarendszerrel, és a galaxisból ionizált oxigén nagyon gyenge sugárzását észlelték. Mire a Földet elérte, a valójában az infravörös tartományba eső emisszió hullámhossza a világegyetem tágulása miatt több mint tízszeresére növekedett, így aztán az ALMA detektálhatta azt. A csoport arra a következtetésre jutott, hogy a sugárzás 13,3 milliárd évvel ezelőtt (500 millió évvel az ősrobbanás után) keletkezett, így azt – minden távcsövet tekintetbe véve – az eddig legtávolabbról detektált oxigén bocsátotta ki [1]. Az oxigén jelenléte egyértelműen jelzi, hogy a galaxisban már létezniük kellett csillagok korábbi generációinak.
„Szinte beleborzongtam, amikor megláttam a távoli oxigén nyomát az ALMA adataiban” – idézi fel Takuja Hasimoto, a cikk vezető szerzője, az oszakai Szangjo Egyetem és a japán Nemzeti Csillagászati Obszervatórium kutatója. „Ez a felfedezés még kijjebb tolja a megfigyelhető univerzum határait.”
Az oxigén ALMA által észlelt sugárzása mellett az ESO VLT távcsőegyüttese a hidrogén még gyengébb emisszióját is detektálta. A galaxis ezen észlelésből meghatározott távolsága jól egyezik az oxigén megfigyeléséből származtatott értékkel, így a MACS1149-JD1 a legmesszebbi „pontosan” ismert távolságú galaxis, egyben az ALMA vagy a VLT által megfigyelt legtávolabbi galaxis is.
„A galaxist abban az állapotában látjuk, amikor a világegyetem még csak 500 millió éves volt, ennek ellenére már létezik benne öreg csillagok populációja” – magyarázza Nicolas Laporte, az egyesült királyságbeli University College London (UCL) kutatója, a cikk második szerzője. „A galaxis így kiváló eszköz a kozmikus történelem még korábbi, eddig teljesen feltáratlan szakaszának tanulmányozásához.”
Az ősrobbanást követően egy ideig nem volt oxigén az univerzumban, azt az első csillagok belsejében zajló fúziós folyamatok hozták létre, és a csillagok halálakor vált szabaddá. A MACS1149-JD1-ben detektált oxigén azt jelzi, hogy a csillagok legelső generációi nemcsak létrejöttek a világegyetem kezdete utáni 500 millió évig, de elpusztulva már oxigénnel is dúsították a környezetüket.
De mikor zajlott le ez a korai csillagkeletkezés? Ennek kiderítésére a csoport a NASA Hubble- és Spitzer-űrtávcsöveinek infravörös adatai alapján rekonstruálta a MACS1149-JD1 történetének legkorábbi szakaszát. Azt találták, hogy a galaxis észlelt fényessége jól magyarázható egy olyan modellel, amelyben a csillagkeletkezés már az univerzum születése után 250 millió évvel beindult [2].
A MACS1149-JD1 csillagainak előrehaladott kora felveti a kérdést, hogy vajon az első galaxisok mikor emelkedtek ki a teljes sötétségből, azaz mikor következett be a csillagászok által kissé romantikusan „kozmikus hajnalnak” nevezett időszak. A MACS1149-JD1 korának megállapításával a csoport hatásosan demonstrálta, hogy a galaxisok már azon időszak előtt is léteztek, amelyet ma megfigyelésekkel elérhetünk.
A UCL egyik vezető kutatója, a cikk társszerzője, Richard Ellis így összegzi a lényeget: „A kozmikus hajnal idejének meghatározása a kozmológia és a galaxisformálódás Szent Grálja. A MACS1149-JD1 megfigyeléséből származó új adatokkal egy lépéssel ismét közelebb kerültünk ahhoz, hogy elcsípjük a csillagfény születését! Mivel mindannyian a csillagok belsejében keletkezett anyagból vagyunk, valójában eredetünk legmélyebb gyökereinél kutakodunk.”
[1] Az ALMA már több alkalommal is állított fel rekordot a „legtávolabb detektált oxigén” kategóriában. 2016-ban Akio Inoue (oszakai Sangjo Egyetem) és kollégái az ALMA adatai alapján az oxigén 13,1 milliárd éves nyomaira bukkantak. Néhány hónappal később Nicolas Laporte (University College London) 13,2 milliárd évre tolta ki ezt. Most a két csoport erőit egyesítve érte el az új rekordot, amely 9,1-es vöröseltolódásnak felel meg.
[2] Ez körülbelül 15-ös vöröseltolódásnak felel meg.
Az eredményeket részletező, T. Hashimoto és munkatársai által jegyzett „The onset of star formation 250 million years after the Big Bang” c. szakcikk a Nature 2018. május 17-i számában jelenik meg.
Forrás: ESO Science Release #1815
