James Webb: olyan galaktikus szörnyet fedezett fel az űrtávcső, aminek nem szabadna léteznie

Az univerzum történetének egyik nagyon fontos és érdekes nyomára bukkanhattak az asztrofizikusok. A James Webb űrteleszkóp és a Chandra Röntgen Obszervatórium egy olyan születőben lévő galaxishalmazt fedezett fel, amely akkor – nem sokkal az ősrobbanás után – keletkezett, amikor az univerzum még mindössze csak egymilliárd éves volt.

A rejtélyes JADES-ID1 protohalmaz Fotó: X-ray: NASA/CXC/CfA/Á Bogdán; Forrás: Live Science

A James Webb és a Chandra űrtávcső ismét történelmet ír egy felvétellel, amin olyan objektum látható, amelynek a kozmológiai modellek szerint nem is szabadna léteznie.

A James Webb űrteleszkóp művészi ábrája   Fotó: NASA/ESA

A James Webb furcsa objektumot fedezett fel az univerzum fiatalkorából

A Földtől 12,7 milliárd fényévnyire található JADES-ID1 proto-galaxishalmaz a James Webb űrteleszkóp tudománytörténeti jelentőségű felvételén egy nagy kék felhőbe ágyazott izzó pontok és foltok csoportjaként jelenik meg. A csillagászok szerint a hatalmas kiterjedésű különös kozmikus szörny egy kialakulásának kezdeti stádiumában álló galaxishalmaz. 

Az Abell 1689 galaxishalmaz asztrofotója. A galaxishalmazok az univerzum legnagyobb objektumai  Fotó:  NASA, N. Benitez (JHU)

Az újszülött galaxisok egy órási és forró gázfelhőben helyezkednek el amiket a gravitáció tart össze. A JADES-ID1 proto-galaxishalmaz fontos adalék lehet annak megfejtésében, hogy az univerzum korai történetében hogyan jöhettek létre és hogyan növekedhetnek ezek a hatalmas kozmikus struktúrák.

A Chandra Röntgen Obszervatórium művészi ábrája   Fotó: NASA/CXC/NGST

A galaxisok csoportosulásai, a galaxishalmazok az univerzum legnagyobb és olyan gravitációsan kötött objektumai, amelyek akár tízezer galaxist is magukban foglalhatnak. Az átlagos galaxishalmazok jellemzően azonban csak 50–1000 galaxisból állnak és igen forró röntgenforrások, amelyek nagy mennyiségben tartalmazhatnak sötét anyagot is. A legújabb megfigyelések szerint a világegyetem ismert galaxisainak többsége valamelyik galaxishalmaz tagja. Térbeli elrendeződésük szerint szabályos vagy szabálytalan galaxishalmazokat különböztetünk meg. A szabályos halmazok gömbszerűek, amelyekben a központ felé haladva egyre sűrűbbé válik a galaxisok száma.

A protohalmazokban azonban a galaxisok nincsenek olyan szorosan egymáshoz kötve, mint az érett galaxishalmazokban. Ezenkívül a még csak a kialakulási fázisukban lévő halmazok szegények a forró gázokban – ami pedig általában megkönnyíti a halmazok észlelését –, és ezek a protohalmazok még nem elég fejlettek ahhoz, hogy kimutatható röntgensugárzást bocsássanak ki. Ezért a csillagászok számára a protohalmazok detektálása komoly kihívást jelent.

Igazi rejtély övezi ezt a felfedezést

A tudósok két nagy teljesítményű teleszkóp, a Chandra Röntgen Obszervatórium és a James Webb Űrteleszkóp (JWST) mélyűri megfigyeléseit felhasználva fedezték fel a JADES-ID1 galaxist. A JWST infravörös műszerei legalább 66, gravitáció által összetartott galaxist észleltek ebben a régióban. Mivel a JADES-ID1 elég nagy tömeggel rendelkezett ahhoz, hogy a környező gázt nagyon magas hőmérsékletre hevítse, a Chandra detektálta a galaxisokat tartalmazó hatalmas forró gázfelhő röntgensugárzását is 

Ez további bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy ezek a galaxisok egyetlen entitás részét alkotják. 

A felvétel jegyzetekkel ellátott változatán a JWST infravörös megfigyeléseivel azonosított egyes galaxisok közül néhányat bekarikáztak. A neonkék régió a Chandra által a röntgensugár-tartományban detektált forró gázt jelöli. 

A protohalmaz felvételének az a változata, amelyen bejelöltek a forró gázfelhőben lévő néhány galaxist     Fotó:  X-ray: NASA/CXC/CfA/Á Bogdán / Live Science

Igazi rejtély övezi ezt a felfedezést abban a tekintetben, hogy hol helyezkedik el az univerzum történetének az idővonalán. A csillagászok megállapították, hogy a JADES-ID1 tömege 20 billió naptömeggel egyezik, és az átmérője körülbelül 1,1 millió fényév. Azt, hogy ez kozmikus léptékben milyen kis területet jelent, jól szemlélteti, hogy a hozzánk, a Tejútrendszerhez legközelebb fekvő csillagváros, az Androméda-galaxis távolsága kereken 2,5 millió fényév. Tehát, a JADES-ID1-nél maradva egy 1,1 millió fényév átmérőjű területen belül zsúfolódik össze 66 galaxis. A legtöbb univerzummodell azt jósolja, hogy egy ekkora protohalmaz leghamarabb csak az ősrobbanás után 2-3 milliárd évvel alakulhat ki.

Az univerzum története az ősrobbanástól   Fotó: ELTE

Meglepő módon a JADES-ID1 azonban már akkor létezett, amikor az univerzum mindössze körülbelül egymilliárd éves volt. Erre utal ugyanis az objektum 12, 7 milliárd fényév távolsága.

A fényév az a távolság, amit a fény – amelynek kerekítve 300 ezer km/másodperc a vákuumbeli terjedési sebessége – egy év alatt megtesz. Mivel Einstein speciális relativitáselmélete óta tudjuk, hogy az univerzumban egyetlen kölcsönhatás sem terjedhet gyorsabban a fény sebességénél és ami bármely inerciarendszerben a kibocsátó objektum vagy a megfigyelő sebességétől függetlenül állandó, vagyis egyszerűbben megfogalmazva minél távolabbra látunk el az univerzumban, annál messzebb tekintünk a múltba is.

Az, hogy a JADES-ID1 protohalmaz 12,7 milliárd évre fekszik tőlünk praktikusan tehát azt jelenti, hogy egy 12,7 milliárd évvel ezelőtti állapotot látunk.

A legáltalánosabban elfogadott és több empirikus bizonyítékkal is alátámasztott kozmológiai modell, az ősrobbanás elmélete szerint az univerzum 13,8 milliárd éve egy rendkívül sűrű és forró szingularitásból keletkezett. Ebből pedig az következik, hogy a JADES-ID1 halmaz már 1,1 milliárd évvel a világegyetem kialakulása után abban a formában létezhetett, ahogyan azt most látjuk.

Sokkal gyorsabb lehetett az univerzum növekedése az eddig feltételezetteknél

„Ez lehet a valaha látott legtávolabbi protohalmaz” – méltatja a felfedezés jelentőségét Akos Bogdan, a Harvard & Smithsonian Asztrofizikai Központ (CfA) tudományos munkatársa, akit a Live Science tudományos hírportál idéz. „A JADES-ID1 új bizonyítékot szolgáltat arra, hogy az univerzum jóval gyorsabban növekedett az eddig feltételezetteknél” – fűzi hozzá az asztrofizikus. A felfedezés komoly kérdéseket fogalmaz meg a galaxisképződés jelenlegi modelljeivel kapcsolatban.

Egy kifejlett spirálgalaxis asztrofotója  Fotó: NASA/JPL-Caltech

A galaxisok csillagok, csillagközi gázok és por, továbbá a láthatatlan sötét anyag gravitációsan kötött rendszerei. A tipikus galaxisokban legalább tízmillió és legfeljebb ezermilliárd csillag található, amelyek mind azonos központ körül keringenek, és amelyeknek több ezertől több százezer fényévig terjedhet az átmérője. A galaxisok között jellemzően több millió fényév a kozmikus távolság.

A csillagászok éppen ezért arra keresik a választ, hogy ez a protohalmaz, a JADES-ID1 hogyan alakulhatott ki ennyire gyorsan. Az elfogadott modellek szerint ugyanis az ősrobbanástól számított egymilliárd év nem lenne elegendő ennyi galaxis, illetve akár egy proto-galaxishalmaz keletkezéséhez sem. A jelenlegi modell szerint ugyanis egy-egy galaxishalmaz kialakulásához legalább 2-3 milliárd évre lenne szükség. A JADES-ID1 halmaz esete, ami már bizonyítható módon egymilliárd évvel az ősrobbanás után létezett, azonban mindezt megkérdőjelezi. 

A korai univerzumban kaotikus viszonyok uralkodtak   Fotó: ESA/Lives Science)

Úgy tűnik, hogy mind a galaxisok, mind pedig ezek kötött rendszerei, a galaxishalmazok sokkal hamarabb kialakulhattak az ősrobbanás utáni univerzumban, mint amit a jelenlegi modellek sugallnak. Ez viszont előrevetíti e modellek módosításának a szükségességét is.

A  Nature tudományos folyóiratban január 28-án megjelent tanulmány teljes terjedelmében angol nyelven itt olvasható el. 

A James Webb és a Chandra űrtávcsövek:

• egy olyan proto-galaxishalmazt fedeztek fel,
• amelyben hatvanhat csillagvárost azonosítottak az asztronómusok,
• és ami már alig egymilliárd évvel az ősrobbanás után is létezett,
• ez pedig nem illeszkedik a jelenlegi kozmológiai modellekbe.