Na pierwszym naukowym zdjęciu z teleskopu Jamesa Webba (JWST), wśród gęstych gromad, kryje się skarb. To galaktyka „Sparkler”, która może zawierać pierwsze gwiazdy Wszechświata. Grupa kanadyjskich naukowców zrobiła przybliżenie na fragment zdjęcia głębokiego nieba i skupiła się na galaktyce odległej od Ziemi o 9 miliardów lat świetlnych, którą nazwali „Sparkler” z powodu otaczających ją zwartych gromad gwiazd, które wyglądają jak migoczące, żółto-czerwone iskierki. Sama galaktyka jest warta uwagi ze względu na jej dziwny wydłużony kształt, ale naukowców najbardziej zainteresowały właśnie te iskierki, ponieważ są to najdalsze zaobserwowane gromady gwiazd.

Najdalsze zdjęcie Wszechświata – gromada galaktyk SMACS 0723

Gromady kuliste to zgrupowania starych gwiazd, które mogą pochodzić z wczesnego Wszechświata, więc zawierają wskazówki do zrozumienia ewolucji, formacji oraz rozwojów gwiazd i galaktyk. „Sparkler” ma 12 otaczających ją obiektów zwartych z czego pięć zostało potwierdzone jako kuliste gromady gwiazd przez Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS). Są to najstarsze zaobserwowane gromady, więc mogą zawierać gwiazdy z czasów, kiedy we Wszechświecie dopiero pojawiały się pierwsze gwiazdy.

Zdjęcia JWST pozwoliły obserwować te iskierki w wielu długościach fal, więc naukowcy mogli dokładnie wymodelować te gromady, żeby zrozumieć właściwości fizyczne gwiazd, takie jak ich wiek i ilość gwiazd. Przed JWST datowanie tak dalekich i starych gwiazd nie było możliwe. Naukowcy chcą znać wiek wszystkich obiektów we Wszechświecie – gwiazd, galaktyk i gromad – aby odpowiedzieć na pytanie, kiedy zaczęły powstawać pierwsze gwiazdy.

Zbliżenie na galaktykę „Sparkler” oraz „iskierki”, czyli najstarsze gromady kuliste

Droga mleczna zawiera około 150 gromad kulistych, ale naukowcy zmagali się z określeniem ich wieku. Ma to związek z tym, że są to stare obiekty obserwowane z bliska, a więc w niedawnych czasach. O wiele łatwiej jest datować odległe obiekty takie jak galaktyka „Sparkler”, którą astronomowie widzą jaka była 9 miliardów lat temu, kiedy wszechświat miał tylko 4.5 miliarda lat. Astronomka Lamiy’a Mowla porównała to do patrzenia na ludzi i zgadywanie ich wieku. Patrzenie na bliskie, stare obiekty to jak próbowanie zdecydować czy ktoś ma 80 czy 85 lat. O wiele łatwiej jest powiedzieć czy człowiek ma rok czy 5 lat, przez większe widoczne zmiany w wyglądzie.

Potwierdzono wiek tych gromad kulistych dzięki kanadyjskiemu instrumentowi NIRISS, znajdującym się na teleskopie. Obserwacje NIRISS nie wykazały śladów tlenu, co jest charakterystyczne dla gromad, w których nadal tworzą się gwiazdy. Przy obserwacjach, JWST otrzymał wsparcie od Teleskopu Hubble’a, który już obserwował galaktykę „Sparkler”, ale nie dojrzał gromad kulistych, oraz od soczewkowania grawitacyjnego.

Pomocna dłoń od ogólnej teorii względności

W swojej ogólnej teorii względności z 1915 roku Einstein przewidział istnienie soczewkowania grawitacyjnego i miał rację. Od tego czasu jest ono potężnym narzędziem dla naukowców.

Obiekty o ogromnej masie zakrzywiają czasoprzestrzeń. Można to porównać do umieszczania piłeczek o coraz większej masie na rozciągniętej gumie – im większa masa, tym większe wygięcie. W kosmosie ta krzywizna zagina drogę światła. Kiedy masa obiektu znajdującego się bliżej nas jest ogromna, to obiekt z tyłu wydaje się większy lub może się znajdywać w kilku miejscach na obrazie.

Schemat soczewkowania grawitacyjnego z przykładem, jak to wygląda na zdjęciach.

To soczewkowanie grawitacyjne daje galaktyce „Sparkler” jej podłużny kształt i powiększa ją na tyle, żeby JWST ją zauważył. To zjawisko sprawia również, że niektóre z gromad kulistych pojawiają się w wielu miejscach na zdjęciu. Powiększenie i wielokrotne obrazy pomogły w badaniu tych obiektów, ale również potwierdziły, że te gromady rzeczywiście krążą wokół galaktyki „Sparkler” i nie są po prostu „nałożone” na nią w linii widzenia teleskopu.

Jedno z pytań, które pozostało, to jak bardzo ta bliższa, bardziej masywna galaktyka SMACS 0723 przybliża galaktykę „Sparkler”. To pomoże oszacować jej wiek oraz odległość od Ziemi z większą dokładnością. Grupa kanadyjskich naukowców zamierza w październiku obserwować pięć innych gromad galaktyk używając teleskopu Webba i mają nadzieję znaleźć więcej takich obiektów jak te naokoło galaktyki „Sparkler”.

Odkrycie tak dalekich obiektów w pierwszym obrazie dalszego Wszechświata JWST pokazuje, jak ten teleskop kształtuje przyszłość astronomii. Galaktyka „Sparkler” i jej gromady są tak daleko, że pokazują nam, jaki był Wszechświat, kiedy miał 4.5 miliarda lat. A teleskop był zaprojektowany tak, żeby mógł sięgać wzrokiem tam gdzie Wszechświat miał tylko kilka setek milionów lat! Naukowcy są bardzo podekscytowani tym co jeszcze pokaże nam teleskop Webba.

Korekta – Matylda Kołomyjec

Autor

Hanna Witomska