by Než světlo emitované ze skupiny starověkých galaxií loni dosáhlo vesmírného dalekohledu Jamese Webba, trvalo to pozoruhodně dlouho. Astronomové vypočítali, že fotony byly v tranzitu více než 13 miliard let – téměř celou historii kosmu – než dosáhly observatoře na oběžné dráze.
Výsledky jsou vědecky působivé a odhalily, že vesmír byl již krátce po svém zrodu velkým třeskem ponořen do procesu formování hvězd – ačkoli fotografie samotné svým vzhledem sotva překvapí: hrstka skvrn, několik zářících koulí a obrázek, který byl popsán jako zářící psí kost.
Svět astronomie byl však oslněn. Mezi objekty zachycenými v obřím zrcadle dalekohledu je jeden, který se ukázal být nejstarší známou galaxií ve vesmíru. Prozaicky pojmenovaný JADES-GS-z13-0 vypadá tak, jak vypadal pouhých 320 milionů let po velkém třesku, dlouho předtím, než byla vytvořena naše vlastní planeta. Shodou okolností je také malinká ve srovnání s naší vlastní galaxií, ale jasně vytvářela nové hvězdy rychlostí srovnatelnou s Mléčnou dráhou.
Je zvláštní, že tuto hvězdnou plodnost sdílí několik dalších starověkých galaxií vyfotografovaných teleskopem Jamese Webba (JWST). Tyto snímky rodícího se vesmíru ukazují, že první hvězdy a galaxie již vznikly a vyvíjejí se mnohem dříve, než většina vědců očekávala.
“Tyto galaxie jsou velmi, velmi mladé, ale již se staly ohniskem tvorby hvězd.” Je to pozoruhodné,“ řekl profesor Brant Robertson, astrofyzik z Kalifornské univerzity v Santa Cruz.
Toto nadšení sdílel i Kevin Hainline, astronom z University of Arizona, Tucson. “Pozorovali jsme první galaxie ve vesmíru a bylo to vzrušující,” řekl Pozorovatel. “Otevřelo to zcela novou kapitolu v historii astronomie. Říká nám, že vesmír byl od počátku dynamický.”
Teleskop Jamese Webba za 6,8 miliardy liber – nejambicióznější a nejdražší robotická sonda, která kdy byla postavena – byl vypuštěn na Štědrý den 2021 a trvalo mu šest měsíců, než se umístil v hlubokém vesmíru, zatímco jeho 18 pozlaceným beryliovým zrcadlovým šestiúhelníkem bylo rozmístěno a vzájemně propojeno jako kvetoucí květina, aby se vytvořilo obrovské 6,5 metru (21 stop) zrcadlo. Poté, přesně před rokem, začal James Webb pořizovat první snímky vesmíru.
Dokončení prvního roku provozu minulý týden oslavila NASA, která observatoř postavila ve spolupráci s evropskými a kanadskými kosmickými agenturami. Americká vesmírná agentura zveřejnila snímky hvězd v naší vlastní galaxii, které se spojují z oblaků mezihvězdného prachu. Vzhledem k tomu, že návrh a stavba teleskopu Jamese Webba trvala více než 30 let – který během své historie trpěl značnými zpožděními a hrozbami zrušení – výročí bylo vždy označeno jako příležitostná úleva a podívaná.
A fotografie hvězdného pole Rho Ophiuchi jsou jistě dechberoucí. Mnohem diskrétnější snímky JADES-GS-z13-0 a jejích bývalých partnerských galaxií však vyvolávají skutečné vzrušení mezi kosmology a astrofyziky.
Tvrdí se, že více než jakýkoli jiný soubor pozorování podtrhují skutečný potenciál dalekohledu Jamese Webba.
“Co je tak překvapivé, je detail raného vesmíru, který odhalil,” řekl Sandro Taccella, astrofyzik z University of Cambridge. “Teorie předpovídala, že v této době nastanou velmi složité kosmologické procesy, i když jsem neočekával, že je budu moci pozorovat. Dalekohled však pořizuje snímky s takovou ostrostí, že skutečně můžeme vidět tuto složitost operace Bylo to překvapivé – a velmi obohacující.
V prvních okamžicích po velkém třesku byl vesmír extrémně horký a hustý. Jak chladly, protony a neutrony se spojily a vytvořily atomová jádra, která po několika stovkách tisíc let zachytila elektrony a vytvořila první atomy. Ty se spojily do oblaků plynu, ze kterých se o stovky milionů let později vynořily první hvězdy.
Z velkého třesku se však objevil i jiný typ hmoty, který tvoří velmi velkou část veškeré hmoty ve vesmíru. Říká se tomu temná hmota a je známá pouze díky svým gravitačním účinkům – které, jak se zdá, byly značné. “Temná hmota se poprvé shromáždila po velkém třesku a začala vytvářet hala neviditelné hmoty, která pak přitahovala atomy vodíku a helia, aby vytvořila mračna plynu, ze kterých se nakonec vytvořily hvězdy a galaxie,” řekl Taccella.
„Kdyby nebylo temné hmoty, hvězdy a galaxie by se objevily až mnohem později v historii vesmíru. Nyní, když máme Jamese Webba, můžeme podrobně studovat, jak se to stalo, a doufejme, že lépe pochopíme roli temné hmoty při formování vesmíru.
Skutečnost, že temná hmota hrála klíčovou roli ve značném urychlení formování prvních hvězd a galaxií, je zdůrazněna na fotografiích starověkých galaxií včetně JADES-GS-z13-0. “Je to již složitá struktura a je to ohromující,” řekl Hainline. “Vidíme, že je to rostoucí galaxie a to je velmi krásná věc.”
Před vypuštěním teleskopu Jamese Webba bylo objeveno pouze několik starověkých galaxií. Projekt známý jako JADES – JSWT Advanced Deep Extragalactic Survey – pomocí observatoře identifikoval za méně než rok celkem 717 takových objektů.
“Opravdu zajímavou otázkou je, co se stalo s těmito galaxiemi dále,” dodal Robertson. “Je zřejmé, že nezůstaly tak po dalších 13 miliard let, ale postupem času se spojily s jinými galaxiemi. Takto gravitace dělá své zázraky. Svedl je dohromady, aby se staly většími a většími galaxiemi, a to je to, co vidíte na našem dnes vlastní Mléčnou dráhu.
“Ve skutečnosti můžeme vidět zbytky jiných galaxií, které byly vtaženy a akretovány do naší vlastní galaxie. Obrázky Jamese Webba nám ukazují, jak tento proces začal.
Jak to funguje
James Webb, navržený jako náhrada za Hubbleův vesmírný dalekohled – vypuštěný v roce 1990 a stále v provozu – je mnohem větší, mnohem složitější přístroj s mnohem ambicióznějšími cíli. Patří mezi ně studium raného vesmíru, identifikace možných planet nesoucích život a pochopení toho, jak se tvoří hvězdy.
K provádění těchto úkolů se však observatoř vyhýbá použití viditelné části elektromagnetického spektra – na rozdíl od Hubblea a většiny pozemních dalekohledů – a místo toho sbírá pouze infračervené záření. Je to nejlepší pro pozorování prachu a pozorování hvězd a planet, jak se spojují z mračen plynu a jiného materiálu. Atmosféry planet, které obsahují chemikálie, jako je metan – plyn spojený s biologickými procesy – se navíc nejlépe studují pomocí infračerveného záření.
Ale nejdůležitější ze všeho je role infračervených detektorů při odhalování tajemství raného vesmíru. Když se díváte do vesmíru, světlo se stmívá a červená, dokud jeho vlnová délka nedosáhne infračervené části spektra. Pokud tedy chcete studovat vznik prvních hvězd, černých děr a galaxií, potřebujete infračervený dalekohled.
Použití infračervených detektorů však není snadné. Teleskop Jamese Webba musí pracovat při teplotě kolem 40 °C nad absolutní nulou (asi -233 °C), aby jeho přístroje nevytvářely falešné tepelné signály, které by mohly přehlušit slabé infračervené záření, které dostává z druhé strany vesmíru.
Daleko od své horké domovské planety je dalekohled chráněn pětivrstvým štítem, který blokuje záření ze Slunce a Země, zatímco jeho přístroje jsou chlazeny lednicí s tekutým heliem, která by jej měla udržet chladný a funkční po delší dobu. více než deset let.
