Astronomowie odkryli przegrzaną „fabrykę gwiazd”, która istniała zaledwie 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Fabryka gwiazd, galaktyka znana jako Y1, rodzi gwiazdy w tempie 180 razy szybszym niż Droga Mleczna. Odkrycie tak nieznanego wcześniej ekstremalnego obszaru narodzin gwiazd może pomóc naukowcom wyjaśnić, w jaki sposób galaktyki rosły tak szybko we wczesnym wszechświecie.
Zespół odkrył naturę Y1, najpierw mierząc temperaturę jego przegrzanego pyłu kosmicznego. Korzystanie z dużej tablicy milimetrowej/submilimetrowej Atacama (ALMA) badacze byli w stanie przeanalizować światło emitowane przez pierwotną galaktykę, do której podróżowała Ziemia przez 13 miliardów lat.
Badania są częścią ciągłych wysiłków astronomów mających na celu zrozumienie warunków, w jakich powstała pierwsza generacja gwiazd, znanych jako gwiazdy „Populacji III (POP III)”. Uważa się, że warunki te bardzo różnią się od warunków, w jakich narodziły się współczesne gwiazdy, czyli POP I, takie jak Słońce.
Zwiedzanie fabryk gwiazd
Gwiazdy powstają w rozległych kompleksach gęstego gazu i pyłu, takich jak Mgławica Oriona i Mgławica Carina we wszechświecie lokalnym. Mgławice te są jasne, ponieważ gaz i pył, z których powstają gwiazdy, są oświetlane przez światło młodych, masywnych gwiazd znajdujących się w nich. Oświetlenie to obejmuje zarówno światło widzialne dla ludzkiego oka, jak i dłuższe fale światła w podczerwieni i radiowym obszarze widma elektromagnetycznego.
„Przy takich długościach fal galaktyka jest oświetlana przez kłębiące się obłoki świecących ziaren pyłu” – powiedział Bakx. „Kiedy zobaczyliśmy, jak jasno świeci ta galaktyka w porównaniu z innymi długościami fal, od razu wiedzieliśmy, że patrzymy na coś naprawdę wyjątkowego”.
Odkrycie to było możliwe dzięki czułości ALMA, składającej się z 66 anten radiowych zlokalizowanych na pustyni Atakama w północnym Chile, oraz instrumentowi pracującemu w paśmie 9, dostrojonemu do określonej długości fali światła. ALMA pozwoliła Bakxowi i współpracownikom ustalić, że pył Y1 świecił w temperaturze około minus 356 stopni Fahrenheita (minus 180 stopni Celsjusza).
„Temperatura z pewnością jest niska w porównaniu z kurzem domowym na Ziemi, ale jest znacznie cieplejsza niż w jakiejkolwiek innej porównywalnej galaktyce, którą widzieliśmy” – powiedział członek zespołu Yoichi Tamura z Uniwersytetu w Nagoya w Japonii. „To potwierdziło, że jest to naprawdę ekstremalna fabryka gwiazd. Mimo że widzimy taką galaktykę po raz pierwszy, uważamy, że mogło być tam znacznie więcej. Fabryki gwiazd takie jak Y1 mogły być powszechne we wczesnym wszechświecie”.
Chociaż Y1 produkuje gwiazdy i rośnie w niewiarygodnym tempie około 180 mas Słońca każdego roku, jak zespół zaobserwował to 13 miliardów lat temu, ten okres wybuchu gwiazd nie trwałby zbyt długo, przynajmniej nie w kategoriach kosmologicznych. Naukowcy jednak snują teorię, że te okresy intensywnego powstawania gwiazd lub wybuchów gwiazd mogły być powszechne we wczesnych galaktykach, ale obecnie są ukryte przed naszym wzrokiem.
„Nie wiemy, jak powszechne mogą być takie fazy we wczesnym wszechświecie, dlatego w przyszłości chcemy poszukać więcej przykładów takich fabryk gwiazd” – powiedział Bakx. „Planujemy także wykorzystać możliwości ALMA w wysokiej rozdzielczości, aby bliżej przyjrzeć się działaniu tej galaktyki.”
Dalsze badania Y1 mogą pomóc w rozwiązaniu utrzymującej się zagadki dotyczącej galaktyk we wczesnym wszechświecie. Poprzednie badania wykazały, że pierwotne galaktyki są wypełnione większą ilością pyłu, niż jest w stanie wytworzyć ich starsza populacja gwiazd. Stosunkowo wysoka temperatura Y1 może stanowić odpowiedź na tę zagadkę, sugerując, że duża ilość pyłu jest w rzeczywistości iluzją.
„Galaktyki we wczesnym Wszechświecie wydają się być za młode w stosunku do ilości zawartego w nich pyłu. To dziwne, ponieważ nie mają wystarczającej liczby starych gwiazd, wokół których tworzy się większość ziaren pyłu” – stwierdziła członkini zespołu Laura Sommovigo z Flatiron Institute i Columbia University. „Ale niewielka ilość ciepłego pyłu może być tak samo jasna jak duża ilość chłodnego pyłu i właśnie to widzimy w Y1.
„Mimo że te galaktyki są wciąż młode i nie zawierają jeszcze zbyt wielu ciężkich pierwiastków ani pyłu, są w nich zarówno gorące, jak i jasne”.
Wyniki badań zespołu opublikowano w środę (12 listopada) w czasopiśmie Miesięczne powiadomienia Królewskiego Towarzystwa Astronomicznego.
