Galaxie „Starburst“ by mohly vyřešit záhadu kosmického úsvitu, na kterou upozornil Webb

Bezprecedentní síla vesmírného teleskopu Jamese Webba mu umožňuje podívat se dále v prostoru a čase než kdy předtím – a přitom odhaluje záhadné galaxie, které se zdají být na svůj věk příliš pokročilé. Nyní pro ně astronomové navrhli nové vysvětlení – hvězdicové galaxie – které milosrdně ušetří standardní model kosmologie.

Dívat se prostorem znamená dívat se přes čas. Pokud se astronomové podívají na hvězdu vzdálenou například 100 světelných let, vidí ji takovou, jaká byla před 100 lety, protože jejímu světlu trvalo tak dlouho, než k nám dorazilo. Takže když to rozšíříte na samý okraj pozorovatelného vesmíru, můžete ve skutečnosti vidět více než 12 miliard let do minulosti – období zvané „kosmický úsvit“, kdy se první hvězdy rozsvítily a vytvořily rané galaxie.

James Webb byl prvním dalekohledem dostatečně výkonným, aby viděl tak daleko v prostoru a čase. Astronomové očekávali, že uvidí stále se tvořící „protogalaxie“, ale k jejich překvapení dalekohled zahlédl galaxie, které se zdají být docela pokročilé a vyspělé, podobné těm, které jsou dnes. A ne jen jedna nebo dvě anomálie, ale desítky. Není to jen divné, ale potenciálně to vyvrací celé naše chápání toho, jak galaxie vznikají, a může to dokonce zpochybnit samotný standardní model kosmologie.

Pro novou studii tedy tým astrofyziků pod vedením Northwestern University zkoumal alternativní nápady pomocí výkonných počítačových simulací. Přitom identifikovali jednu možnost, která produkuje podpisy odpovídající pozorování Jamese Webba.

Nejjednodušší způsob, jak odhadnout hmotnost a velikost galaxie, zejména z velké vzdálenosti, je její jasnost, a to bylo provedeno u raných galaxií, které Webb zahlédl. Simulace týmu však ukázaly, že galaxie za kosmického úsvitu mohly dosáhnout stejné úrovně jasnosti s mnohem nižšími hmotnostmi – stačilo jim projít obdobím rychlého formování hvězd, což simulované galaxie dělaly samy.

„Klíčem je reprodukovat dostatečné množství světla v systému v krátkém čase,“ řekl Guochao Sun, hlavní autor studie. „To se může stát buď proto, že systém je opravdu masivní, nebo proto, že má schopnost rychle produkovat hodně světla. V druhém případě systém nemusí být tak masivní. Dojde-li ke vzniku hvězd v záblescích, budou vydávat záblesky světla. To je důvod, proč vidíme několik velmi jasných galaxií.“

Moderní galaxie, jako je Mléčná dráha, mají tendenci vykazovat stálou tvorbu hvězd v průběhu času, ale simulace naznačují, že rané galaxie s nízkou hmotností spíše procházely fázemi „starburst“, po nichž následovaly období relativního klidu, dokud tyto starší hvězdy nezemřely a nepoháněly vznik další generace v jiném období výbuchu hvězd.

„Většina světla v galaxii pochází z nejhmotnějších hvězd,“ řekl Claude-André Faucher-Giguère, hlavní autor studie. „Protože hmotnější hvězdy hoří vyšší rychlostí, mají kratší životnost.“ Rychle spotřebovávají své palivo v jaderných reakcích. Jasnost galaxie tedy přímo souvisí s tím, kolik hvězd se zformovalo za posledních několik milionů let, než s hmotností galaxie jako celku.

To, že je to možné v simulaci, samozřejmě neznamená, že se to tak stalo ve skutečném vesmíru. Následná Webbova pozorování využívající jiné techniky k měření hmotnosti těchto galaxií by mohla pomoci potvrdit hypotézu o výbuchu hvězd a nechat standardní model kosmologie vydechnout úlevou – nebo jej umístit zpět na sekací špalek. Ostatně, jak formace starburst vysvětluje přítomnost dalších pokročilých struktur, jako jsou příčkové galaxie dříve, než měly vzniknout?

Výzkum byl zveřejněn v Astrophysical Journal Letters.

Zdroj: Northwestern University