Milyenek voltak az ősi világegyetem legelső galaxisai?

6031

A NASA Spitzer-űrteleszkópjának mérései alapján úgy fest, hogy az Univerzum legkorábbi galaxisai fényesebbek voltak, mint azt korábban várták. A többletet a galaxisok által kibocsátott elképesztően nagy mennyiségű ionizáló sugárzás okozza. A felfedezés a Reionizáció Korának megfejtéséhez is hozzájárul, mely esemény során a világegyetem egy többnyire átlátszatlan helyből a mai csodálatos, csillagokkal teli térré alakult.

Az új tanulmányban olyan korai galaxisokat vizsgáltak, melyek kevesebb mint az Ősrobbanás után 1 milliárd évvel keletkezhettek (avagy kicsit több mint 13 milliárd évvel ezelőtt). A mérési adatok szerint némely specifikus infravörös hullámhosszokon a galaxisok jelentősen fényesebbek, mint arra korábban számítottak. A kutatás először megmutatja, hogy ez a jelenség a hasonló korú galaxisok nagy csoportjánál megfigyelhető, ezzel bizonyítva, hogy nem egyedi, különösen fényes esetekről van szó, hanem az akkori átlagos galaxisok is jóval fényesebbek voltak ezeken a hullámhosszokon, mint azok, melyeket ma látunk.

Egyelőre nem tudni, pontosan mikor alakultak ki az első csillagok az Univerzumban. Kutatási eredmények azonban arra mutatnak, hogy valamikor 100-200 millió évvel az Ősrobbanás után a világegyetemet többnyire semleges hidrogéngáz töltötte ki, amely talán éppen elkezdett csillagokká összeállni, így kialakítva az első galaxisokat is. Az Ősrobbanás után körülbelül 1 milliárd évvel az Univerzum fényesen csillogó égbolttá alakult. Valami más is megváltozott azonban, a mindenütt jelen levő semleges hidrogéngáz elektronjai leszakadtak az ún. ionizáció folyamata során. A Reionizáció Kora, az átmenet, mikor a semleges hidrogénnel teli Univerzum ionizált hidrogénnel telítetté vált, mára a kutatásoknak hála alaposan dokumentált.

A Hubble és Spitzer űrteleszkópok készítette mélyűr-felvételen rengeteg galaxis látható, köztük számos roppant halvány, elképesztően távolival (pirossal karikázva). A jobb alsó képen látható az egyik ilyen galaxisról hosszú megfigyelési idővel készített felvétel. (NASA/JPL-Caltech/ESA/Spitzer/P. Oesch/S. De Barros/I.Labbe)

Ez az átalakulás előtt a hosszú hullámhosszú fény, mint például a rádió, vagy látható hullámok többnyire akadálytalanul közlekedtek az Univerzumban. A rövidebb hullámhosszúak azonban, mint az ultraibolya, röntgen és gamma-sugárzás, hamar beleütköztek a semleges hidrogénatomokba. Ezen ütközések során a semleges hidrogénatomok elektronjaikat elveszítve ionizálódtak.

De mi hozhatott létre elegendő ionizáló sugárzást ahhoz, hogy az Univerzum teljes semleges hidrogénkészletét ionizálja? Egyéni csillagok? Óriási galaxisok? Ha kettejük közül bármelyik is lenne a felelős, akkor korai megfelelőik eltérnének a “modern” csillagoktól és galaxisoktól, melyek tipikusan nem bocsátanak ki nagy mennyiségű ionizáló sugárzást. Ugyanakkor az is lehet, hogy valami egészen más okozta az eseményt, például kvazárok, azaz elképesztően fényes centrumokkal rendelkező galaxisok, melyeknek központi fekete lyukát hatalmas mennyiségű keringő anyag táplálja.

„Ez a megfigyelési kozmológia egyik legnagyobb nyitott kérdése.” – mondta Stephane De Barros, a tanulmány vezetője, a svájci University of Geneva posztdoktor kutatója. „Tudjuk, hogy mi történt, de mi okozta? Ezek az új eredmények fontos nyomok lehetnek a kérdés megválaszolásához.”

Fény után kutatva

Hogy visszalásson a Reionizáció Kora előtti időkbe, a Spitzer két különböző égterületet vizsgált egyenként több mint 200 órán keresztül, ezzel lehetővé téve, hogy összegyűjthessen több mint 13 milliárd éve utazó fényjeleket.

Művészi elképzelés arról, hogyan nézhettek ki az első galaxisok az Univerzumban. Nagy intenzitású, erőteljes csillagkeletkezés és szupernóva-robbanások világíthatták meg a csillagok közötti teret, ezzel a galaxist nagyrészt átlátszatlanná téve, egyértelmű szerkezet nélkül. (James Josephides)

A Spitzer ezen méréseit felhasználva 135 távoli galaxist figyeltek meg, majd az észlelések nyomán felfedezték, hogy két olyan, specifikus hullámhosszon különösen fényesek, melyen a galaxisokban levő hidrogén és oxigén gázok az ionizáló sugárzással kölcsönhatva infravörös sugárzást bocsátanak ki. Ez arra utal, hogy ezen galaxisokat többségében fiatal, nagy tömegű csillagok népesítik be, melyek többnyire hidrogénből és héliumból állnak. Az átlagos, modern galaxisok csillagaihoz képest nagyon kis mennyiségben tartalmaznak nehéz elemeket, mint például nitrogént, szént vagy oxigént.

Nem ezek a csillagok voltak az elsők az Univerzumban (azokat csak hidrogén és hélium alkotná), de attól még egy nagyon korai generáció tagjai. A Reionizáció Kora nem egy pillanat alatt zajlott le, így bár az új eredményekkel még nem zárulnak le a kérdések, több részletet tudhatunk meg a korai Univerzum fejlődéséről és az átmenetről is.

„A Spitzer új eredményei közelebb hoztak minket a kozmikus reionizáció rejtélyének megoldásához.” – mondta Pascal Oesch, a tanulmány egyik társszerzője. „Most már tudjuk, hogy ezen korai galaxisok fizikai jellemzői nagyon eltérőek a tipikus mai galaxisokétól. Hogy ennek okaira részletest választ kapjunk, az már a Jawes Webb Space Telescope feladata lesz.”

Forrás: NASA JPL

Hozzászólás

hozzászólás