Mednarodna raziskovalna skupina pod vodstvom docenta Takuya Hashimota (Univerza Tsukuba, Japonska) in raziskovalca Javierja Álvareza-Márqueza (El Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA), Španija) je uporabila vesoljski teleskop James Webb (JWST) in Atacama Large Millimeter /submilimetrski niz za opazovanje najbolj oddaljene jate galaksij doslej, oddaljene 13,14 milijarde svetlobnih let.
Ekipa je uspešno zajela osrednjo regijo protogruče galaksij, ki ustreza metropolitanskemu območju s posebno visoko številčno gostoto galaksij.
Veliko galaksij koncentriranih na majhnem območju
Ekipa je razkrila, da je veliko galaksij koncentriranih na majhnem območju in da je rast galaksij pospešena. Poleg tega je skupina uporabila simulacije za napovedovanje prihodnosti metropolitanskega območja in ugotovila, da se bo regija združila v eno večjo galaksijo v desetinah milijonov let. Ti rezultati naj bi zagotovili pomembne namige glede rojstva in rasti galaksij.
Študije o tem, kako se posamezne zvezde rodijo in umrejo v galaksijah, kako se nove zvezde rodijo iz ostankov starih zvezd in kako same galaksije rastejo, so pomembne teme v astronomiji, saj zagotavljajo vpogled v naše korenine v vesolju. Jate galaksij, ena največjih struktur v vesolju, so skupek več kot 100 galaksij, ki so medsebojno povezane z medsebojno gravitacijsko silo. Opazovanja bližnjih galaksij so pokazala, da je rast galaksije odvisna od njenega okolja v smislu, da so zrele zvezdne populacije običajno vidne v regijah, kjer so galaksije gosto zbrane. To se imenuje učinek okolja.
Čeprav je učinek okolja veljal za pomemben del razumevanja nastanka in evolucije galaksij, ni dobro znano, kdaj se je učinek začel v zgodovini vesolja. Eden od ključev za razumevanje tega je opazovanje prednikov galaksijskih jat kmalu po rojstvu vesolja; znane kot protogruče galaksij (v nadaljevanju protogruče), to so sklopi približno desetih oddaljenih galaksij. Na srečo nam astronomija omogoča opazovanje oddaljenega vesolja, kakršno je bilo v preteklosti.
Opazovanje osrednje regije
Raziskovalna skupina je najprej opazovala osrednjo regijo tega protokola s pomočjo JWST. Z uporabo NIRSpec, instrumenta, ki opazuje spektre na valovnih dolžinah od vidnih do skoraj infrardečih, je ekipa naredila integralna spektroskopska opazovanja polja, ki lahko hkrati pridobijo spektre z vseh lokacij v vidnem polju. Ekipa je uspešno zaznala ionizirano svetlobo kisikovih ionov ([OIII] 5008 Å) iz štirih galaksij v območju štirikotnika, ki meri 36.000 svetlobnih let vzdolž stranice, kar je enako polovici polmera Rimske ceste.
Poleg tega se je raziskovalna skupina posvetila tudi arhivskim podatkom ALMA, ki so bili za to regijo že pridobljeni. Podatki zajemajo radijsko sevanje kozmičnega prahu v teh oddaljenih galaksijah. Kot rezultat analiz so zaznali emisije prahu iz treh od štirih galaksij. Kozmični prah v galaksijah naj bi nastal zaradi eksplozij supernov na koncu evolucije masivnih zvezd v galaksijah, ki zagotavljajo material za nove zvezde.
Zato prisotnost velikih količin prahu v galaksiji kaže, da je veliko zvezd prve generacije v galaksiji že končalo svoje življenje in da galaksija raste. Profesor Luis Colina (El Centro de Astrobiología (CAB, CSIC-INTA)) opisuje pomen rezultatov: »Emisija kozmičnega prahu ni bila zaznana v galaksijah članicah protokručja zunaj območja jedra. Rezultati kažejo, da je veliko galaksij združenih v jato v majhni regiji in da je rast galaksij pospešena, kar nakazuje, da so vplivi na okolje obstajali le približno 700 milijonov let po velikem poku.«
Simulacija nastajanja galaksij
Poleg tega je raziskovalna skupina izvedla simulacijo nastajanja galaksij, da bi teoretično preizkusila, kako so se štiri galaksije v jedrni regiji oblikovale in razvile. Rezultati so pokazali, da je območje delcev gostega plina obstajalo približno 680 milijonov let po velikem poku, in kaže, da so nastale štiri galaksije, podobne opazovanemu območju jedra.
Da bi sledili evoluciji teh štirih galaksij, je simulacija izračunala fizične procese, kot so kinematika zvezd in plina, kemične reakcije, nastajanje zvezd in supernove. Simulacije so pokazale, da se štiri galaksije združijo in razvijejo v eno samo večjo galaksijo v nekaj deset milijonih let, kar je kratka časovna lestvica v razvoju vesolja.
»Uspešno smo reproducirali lastnosti galaksij v območju jedra zaradi visoke prostorske ločljivosti naših simulacij in velikega števila vzorcev galaksij, ki jih imamo. V prihodnosti bi radi raziskali mehanizem oblikovanja območja jedra in njegove dinamične lastnosti podrobneje,« pravi Yurina Nakazato, podiplomska študentka na Univerzi v Tokiu, ki je analizirala simulacijske podatke.
Novinar
