„Najdalsza jak dotąd galaktyka!” Czy nie słyszeliśmy tego wcześniej? (Zobacz na przykład tutaj i tutaj.) Chociaż prawdą jest, że astronomowie cofają się w czasie za pomocą lepszych instrumentów, istnieją podstawowe wyzwania zarówno w obserwowaniu, jak i mierzeniu odległości do najwcześniejszych galaktyk w kosmosie.
Dlatego ta nowa obserwacja galaktyki, która powstała około 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu, jest znacząca. Chociaż zidentyfikowano dziesiątki galaktyk, które powstały w tej erze, astronomowie zmierzyli dokładne odległości tylko dla pięciu z nich. Ta galaktyka jest szósta i jest najdalszą z gromady. Być może nawet ważniejsze niż pomiar odległości, badacze ustalili, że ta galaktyka urodziła nowe gwiazdy w tempie ponad 100 razy szybszym niż Droga Mleczna. To wskazuje, że wczesne galaktyki mogły być bardziej agresywne w tworzeniu gwiazd niż wcześniej sądzono.
Nowy artykuł opublikowany w Natura (ostrzeżenie paywall) opisuje pomiar przesunięcia ku czerwieni galaktyki zidentyfikowanej w Kosmicznym Zgromadzeniu Prawidłowej Głębokiej Ektragalaktycznej Analizy Dziedzictwa (CANDELS), która wykorzystuje spektrograf w podczerwieni w teleskopie Keck na Hawajach. Z powodu tak dużej odległości Kosmiczny Teleskop Hubble'a nie widzi galaktyki w swoich pasmach optycznych, ale jest jasnym źródłem w podczerwieni, zarówno dla Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, jak i Spitzera. Jak pamiętasz, przesunięcie ku czerwieni jest miarą tego, jak szybko galaktyka wydaje się oddalać od nas, gdy Wszechświat się rozszerza; im wyższa przesunięcie ku czerwieni, tym bardziej galaktyka jest dalej - i dlatego im dłużej temu emitowała światło, które widzimy. W miarę wzrostu wszechświata proporcjonalnie wydłuża on długość fali światła. W ten sposób powszechne w gwiazdach emisje światła widzialnego lub nawet ultrafioletowego zostają przesunięte na czerwono do części widma w podczerwieni.
W tym przypadku astronomowie zmierzyli przesunięcie ku czerwieni galaktyki z8_GND_5296 (dla ciebie jest to pamiętna nazwa) na 7,51, co przekłada się na odległość około 13 miliardów lat świetlnych. Ustalili tę liczbę, mierząc emisję Lymana alfa (Ly α) z wodoru, która jest zarówno bardzo powszechna, jak i trudna do zmierzenia na tak dużych odległościach. Światło Ly α z wodoru w naszym miejscu wynosi około 122 nanometrów, mocno w części widma ultrafioletowego, ale odpowiednia emisja z z8_GND_5296 wynosi około 1034 nanometrów, czyli podczerwień. (Aby uzyskać przesunięcie ku czerwieni, podziel większą liczbę przez mniejszą i odejmij 1. Niestety związek między przesunięciem ku czerwieni a odległością nie jest tak prosty.)
Jednak nie każda galaktyka w porównywalnych odległościach ma mierzalną emisję Ly α: coś wydaje się uniemożliwiać dotarcie do nas dużej części tego światła. Wiodącą ideą jest neutralny międzygalaktyczny gaz rozpraszający światło, ale zaobserwowano zbyt mało galaktyk, aby potwierdzić tę hipotezę. W rezultacie, podczas gdy istnieją dziesiątki galaktyk o przesunięciach czerwieni większych niż 7 (określonych nie na podstawie widma, ale na podstawie pozornego koloru galaktyki), przesunięć ku czerwieni nie można w większości sprawdzić dwukrotnie. W tym artykule opisano 43 wczesne galaktyki, ale tylko jedna z tych próbek miała mierzalne emisje Ly α.
Co ciekawsze, galaktyka z8_GND_5296 jest stosunkowo bogata w „metale”: pierwiastki cięższe od helu. Ponieważ pierwiastki te są wytwarzane przez gwiazdy, a nie przez Wielki Wybuch, wskazuje to na bardzo szybki cykl narodzin i śmierci gwiazd, nawet do czasu, gdy galaktyka wyemituje obserwowane światło.
Na poparcie tego twierdzenia autorzy niniejszego badania stwierdzili, że z8_GND_5296 i podobna galaktyka oznaczona GN 108036 mają ekstremalnie wysokie wskaźniki formowania się gwiazd, przekształcając ekwiwalent masy o wartości 330 Słońca w nowe gwiazdy. To ponad 100-krotność szybkości formowania się gwiazd Drogi Mlecznej i porównywalna z niektórymi z najbardziej ekstremalnych galaktyk formujących gwiazdy. Te galaktyki były wcześniej uważane za rzadkie, więc astronomowie mogą potrzebować skorygować swoje szacunki dotyczące szybkości powstawania nowych gwiazd we wczesnych galaktykach.
Niezależnie od tego, ciekawe będą inne wczesne galaktyki, gdy nasze obserwacje się poprawią. Bez tego nie będziemy wiedzieć, czy z8_GND_5296 jest rzadkością w ekstremalnym tworzeniu gwiazd, ani nie zrozumiemy, dlaczego jest stosunkowo jasny w emisji Ly α, podczas gdy jego rodzeństwo nie. A może znajdziemy podział w czasie między epoką bez galaktyk a pierwszymi galaktykami, które się utworzą.
