Kwazar czy galaktyka gwiazdotwórcza
HD1, bo taką nazwę nadano nowo poznanej galaktyce, skrywa obecnie wiele tajemnic. Przede wszystkim naukowcy nie są do końca pewni, jaki typ galaktyk ta reprezentuje. Nie wiadomo, czy jest to galaktyka gwiazdotwórcza – galaktyka, w której zachodzi wyjątkowo intensywny proces formowania nowych gwiazd, czy też kwazar – galaktyka z aktywną supermasywną czarną dziurą w swoim centrum.
Jeśli galaktyka jest kwazarem, naukowcy będą mieli niezłą zagwozdkę do rozwiązania. Otóż, w jaki sposób czarna dziura urosła do rozmiarów supermasywnej tak szybko po tym, jak Wszechświat zaistniał? Póki co modele powstawania supermasywnych czarnych dziur i ich ewolucji czegoś takiego nie przewidują.
„Udzielenie odpowiedzi na pytania dotyczące natury tak odległego źródła (światła) może być wyzwaniem.”, powiedziała astrofizyk Fabio Pacucci z Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics. „To tak jakby próbować zgadnąć narodowość statku na mocno oddalonego od wybrzeża na podstawie jego bandery, w środku wichury i w gęstej mgle. Być może widać wówczas jakieś kolory i kształty flagi, ale niezbyt dobrze. Ostatecznie jest to długa gra polegająca na analizowaniu i wykluczaniu nieprawdopodobnych scenariuszy.”
Rezultat rozległego przeglądu
Wykrywanie obiektów z wczesnego Wszechświata jest niezwykle trudne. Nawet kwazary, najjaśniejsze obiekty w kosmosie, nie wyglądają na zbyt jasne, jeśli znajdują się tak daleko jak HD1 – do tego stopnia, że nawet najpotężniejsze teleskopy na świecie mają problemy z wychwyceniem ich światła.
HD1, a także galaktyka HD2, niemal równie odległa, została dostrzeżona w ramach przeglądu nieba, którego celem było wykrycie galaktyk z początków Wszechświata. Do tego przeglądu zaangażowano cztery potężne teleskopy prowadzące obserwacje w zakresie światła widzialnego i podczerwonego – Teleskop Subaru, Teleskop VISTA, Teleskop Podczerwony Wielkiej Brytanii oraz Kosmiczny Teleskop Spitzera (który wyłączono 30 stycznia 2020 roku). Łącznie poświęciły one na przegląd 1200 godzin czasu obserwacyjnego.
„Dostrzeżenie HD1 pośród ponad 700 tysięcy obiektów było bardzo ciężką pracą.”, wyjaśnił astronom Yuichi Harikane z Uniwersytetu Tokijskiego w Japonii. „Czerwony kolor HD1 zaskakująco dobrze pasował do oczekiwanej charakterystyki galaktyki oddalonej o 13,5 miliarda lat świetlnych, co przyprawiło mnie o gęsią skórkę, gdy ją znalazłem.”
Galaktyka HD1 wygląda na czerwoną za sprawą tak zwanego przesunięcia ku czerwieni. Jest to zjawisko, które ma związek z rozszerzaniem się Wszechświata. Jako że Wszechświat się rozszerza, światło odległych gwiazd po drodze do Ziemi się rozciąga. Im odleglejszy obiekt, tym większy dystans jego światło ma do pokonania i tym większego rozciągnięcia doświadcza po drodze. Zjawisko to określa się „przesunięciem ku czerwieni”, ponieważ światło widzialne o najdłuższej fali ma kolor czerwony i w kierunku tego krańca widma przesuwają się linie. Jest ono bardzo przydatne, ponieważ pozwala ono astronomom obliczyć, jaki dystans światło przebyło, aby do nas dotrzeć.
Oś czasu obrazująca kandydatki na najwcześniejsze galaktyki oraz historię Wszechświata. | Źródło: Harikane et al, NASA, EST, P. Oesch/Yale
Galaktyka, której charakterystykę trudno wyjaśnić
Co jednak ciekawe, światło HD1 jest bardzo dziwne. Otóż, jest niezwykle jasne w zakresie fal ultrafioletowych, co sugeruje, że w jej wnętrzu zachodzą bardzo energetyczne procesy. Początkowo uczeni myśleli, że wszystko jest w normie, dopóki nie obliczyli ile gwiazd musiałoby się uformować, aby wygenerować tyle światła. Mowa o ponad 100 gwiazdach rocznie. To ponad 10 razy więcej niż spodziewano się po galaktyce z wczesnego Wszechświata. Badacze uważają jednak, że istnieje rozwiązanie tej zagadki – być może gwiazdy w HD1 mocno różnią się od tych gwiazd, które powstają dzisiaj.
„Pierwsza populacja gwiazd, która uformowała się we Wszechświecie, była masywniejsza, jaśniejsza i gorętsza niż współczesne gwiazdy.”, powiedział Paucci. „Jeżeli założymy, że gwiazdy powstałe w HD1 są tymi pierwszymi gwiazdami, czyli gwiazdami tak zwanej III populacji, wówczas ich właściwości będzie można łatwiej wyjaśnić. W rzeczywistości gwiazdy III populacji są w stanie wytwarzać więcej światła UV niż zwykłe gwiazdy, co może tłumaczyć jasność HD1 w zakresie światła ultrafioletowego.”
Jak wspomniałam istnieje też szansa, że HD1 jest kwazarem – niewiarygodnie jasną galaktyką z aktywną supermasywną czarną dziurą w jądrze. By wygenerować tak jasne zaobserwowane przez naukowców światło ultrafioletowe, ta czarna dziura musiałaby charakteryzować się masą 100 milionów Słońc. To bardzo duża masa jak na czarną dziurę z wczesnego Wszechświata. Obecne powszechnie akceptowalne modele nie są w stanie jej wyjaśnić.
Uczeni mają nadzieję, że obserwacje przeprowadzone z pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba pozwolą rozwiać niewiadome dotyczące HD1. Na szczęście, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba będzie zdolny do prowadzenia naukowych obserwacji już tego lata.
Źródło: Harvard & Smithsonian Center for Astrophysics, fot. tyt. Canva