Επιστήμονες που χρησιμοποιούν δύο τεράστια τηλεσκόπια, το ένα στη Γη και το άλλο στο Διάστημα, εντόπισαν οξυγόνο στον αρχαιότερο γνωστό γαλαξία, ένα αστρικό τοπίο που εκπέμπει φως μόλις 300 εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang. Ο γαλαξίας, που ανακαλύφθηκε με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA το 2024, ονομάζεται JADES-GS-z14-0. Σε νέες παρατηρήσεις με τη συμμετοχή του Atacama Large Millimeter/submillimeter Array στη Χιλή, ή ALMA, δύο διαφορετικές ομάδες ερευνητών όχι μόνο μέτρησαν με ακρίβεια την απόστασή του, αλλά επιβεβαίωσαν και σήματα ότι υπήρχε οξυγόνο.
Το εύρημα, μαζί με άλλα ολοένα αυξανόμενα στοιχεία, έχει συγκλονίσει την ερευνητική κοινότητα, αμφισβητώντας την προηγούμενη σκέψη ότι οι γαλαξίες τόσο πολύ καιρό πριν – όταν το Σύμπαν ήταν μόνο στο 2% της ηλικίας του, δηλαδή πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια – δεν θα είχαν πολλά στοιχεία βαρύτερα από το υδρογόνο και το ήλιο. Πριν από το James Webb, άλλα τηλεσκόπια, όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble, και προσομοιώσεις σε υπολογιστές έδειχναν ότι το οξυγόνο, ο άνθρακας και το άζωτο δεν είχαν προκύψει για ίσως άλλα 200 έως 400 εκατομμύρια χρόνια.
Οι νέες μελέτες υποδηλώνουν ότι ο μακρινός γαλαξίας έχει περίπου 10 φορές περισσότερα βαρέα στοιχεία από ό,τι αναμενόταν, αναγκάζοντας τους επιστήμονες να επανεξετάσουν πώς οι πρώιμοι γαλαξίες θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί και εξελιχθεί τόσο γρήγορα.
«Πριν από την έλευση του JWST, παρατηρούσαμε κυρίως σχετικά κοντινούς γαλαξίες, οι οποίοι παρείχαν ένα στιγμιότυπο ενός εξελιγμένου Σύμπαντος», δήλωσε ο Stefano Carniani, ερευνητής στη Scuola Normale Superiore στην Ιταλία και επικεφαλής συγγραφέας μιας από τις μελέτες. «Η κατανόησή μας για το πρώιμο Σύμπαν βασιζόταν σε αυτές τις παρατηρήσεις και είχαμε υποθέσει ότι αυτό το σενάριο παρέμενε αμετάβλητο σε όλο τον κοσμικό χρόνο».
Η διαφορά που βλέπουν οι επιστήμονες μεταξύ του τρόπου με τον οποίο ωριμάζουν οι γαλαξίες τώρα σε σχέση με τότε είναι ότι το αέριο – το καύσιμο του σχηματισμού των άστρων – ρέει συνεχώς και ομαλά στους σύγχρονους γαλαξίες, οδηγώντας αυτές τις αστρικές γειτονιές να αναπτύσσονται σταθερά για μεγάλες χρονικές περιόδους. Αλλά οι παρατηρήσεις αρχαίων γαλαξιών όπως ο JADES-GS-z14-0 δείχνουν ότι οι ροές του αερίου ήταν πολύ πιο χαοτικές. Αυτοί οι γαλαξίες μερικές φορές φαίνεται να έχουν συσσωρεύσει τεράστιες δεξαμενές αερίου.
«Ακόμα και αν μόνο ένα μικρό ποσοστό μετατράπηκε σε αστέρια, η ταχεία ανάπτυξη και εξέλιξή τους ήταν αναπόφευκτη», δήλωσε ο Carniani.
Η επικρατέστερη θεωρία ήταν ότι τα πρώτα αστέρια – τα αστέρια με το συγκεχυμένο όνομα «Πληθυσμός ΙΙΙ» – σχηματίστηκαν στο πρώιμο Σύμπαν, ως επί το πλείστον πριν την ύπαρξη στοιχείων βαρύτερων από το ήλιο. Αυτά τα πρωτογενή αστέρια πιστεύεται ότι ήταν εξαιρετικά ογκώδη, φωτεινά και θερμά. Τελικά, θα είχαν καταστραφεί σε βίαια σουπερνόβα, εκτοξεύοντας νέους τύπους χημικών ουσιών.
Τα βαρύτερα στοιχεία σφυρηλατούνται στους πυρήνες των άστρων, για να διασκορπιστούν στο διαστρικό χώρο μετά την έκρηξη των άστρων. Αυτές οι εκρήξεις θα τροφοδοτούσαν το Σύμπαν με τα πρώτα βαρύτερα στοιχεία, αλλά οι αστρονόμοι πίστευαν ότι θα χρειάζονταν αρκετές γενιές άστρων προτού οι γαλαξίες γεμίσουν με αρκετό οξυγόνο και άλλα τέτοια στοιχεία ώστε να είναι ανιχνεύσιμα.
«Αλλά ένα άλλο πράγμα που πρέπει να ληφθεί υπόψη είναι ότι τα πολύ μεγάλα αστέρια δεν ζουν πολύ, αλλά μόλις μερικά εκατομμύρια χρόνια», δήλωσε ο Sander Schouws, ερευνητής στο Αστεροσκοπείο Leiden στην Ολλανδία και κύριος συγγραφέας σε μια άλλη από τις εργασίες. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει πώς τα βαρύτερα στοιχεία θα μπορούσαν να έχουν κατακλύσει τον γαλαξία μάλλον γρήγορα τότε.
Μέχρι στιγμής το James Webb έχει αποκαλύψει ότι, στην πραγματικότητα, πολλοί φωτεινοί γαλαξίες υπήρχαν στην κοσμική αυγή, μια περίοδο μεταξύ 100 εκατομμυρίων ετών και 1 δισεκατομμυρίου ετών μετά το Big Bang. Ορισμένοι επιστήμονες έχουν διατυπώσει την άποψη ότι ίσως οι γαλαξίες αυτής της εποχής σχημάτιζαν αστέρια πιο αποτελεσματικά, αφήνοντας πίσω τους λίγο επιπλέον αέριο και σκόνη. Αν υπήρχε πολύ αέριο, αυτό ουσιαστικά θα αραίωνε τα βαρύτερα στοιχεία, καθιστώντας τα δύσκολα ανιχνεύσιμα.
Άλλοι υποστηρίζουν ότι το ισχυρό φως των άστρων ανάγκασε το αέριο και τη σκόνη να απομακρυνθούν, κάνοντας τους γαλαξίες να φαίνονται πιο φωτεινοί επειδή υπήρχε λιγότερο υλικό για να τους επισκιάσει. Ακόμη, ορισμένες θεωρίες προτείνουν ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες που τροφοδοτούν τεράστιους πίδακες θα μπορούσαν να εξηγήσουν τη φωτεινότητα των γαλαξιών, αν και οι μελέτες του JADES-GS-z14-0 δεν έχουν βρει στοιχεία για μια τέτοια τρύπα.
Εικόνες του αρχαίου γαλαξία έδειξαν ότι η φωτεινότητά του κατανέμεται σε 1600 έτη φωτός, γεγονός που υποδηλώνει ότι το μεγαλύτερο μέρος του φωτός του προέρχεται από νεαρά αστέρια και όχι από μια συγκέντρωση εκπομπών μαύρων οπών στο κέντρο του. Αν οι εκτιμήσεις είναι σωστές, ο γαλαξίας έχει μάζα αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου.
[via]
