Astronomowie odkryli, że niektóre z największych galaktyk we wczesnym wszechświecie potajemnie gromadziły mnóstwo małych gwiazd, co czyni je potencjalnie czterokrotnie bardziej masywnymi, niż wcześniej sądzono. To jak odkrycie, że skromny dom sąsiada ma podziemną rezydencję.
Międzynarodowy zespół, w tym naukowcy z Penn State, opublikował swoje wyniki w Nature Astronomy, dodając kolejny ból głowy naukowcom próbującym zrozumieć, jak powstały i ewoluowały pierwsze galaktyki.
Używając Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), naukowcy przyjrzeli się dziewięciu masywnym, dojrzałym galaktykom, które przestały tworzyć nowe gwiazdy miliardy lat temu. Połączyli obserwacje JWST odległego wszechświata z wcześniejszymi danymi z teleskopu Very Large Telescope - bo po co używać jednego potężnego teleskopu, skoro można użyć dwóch?
Po raz pierwszy mogli wiarygodnie oszacować względne liczby małych, słabych gwiazd i większych, jaśniejszych gwiazd w galaktykach w tak niewyobrażalnych odległościach.
„Te galaktyki są inne” – powiedział Joel Leja, profesor astronomii i astrofizyki na Penn State i współautor artykułu. „Są inne w sposób, który jest naprawdę trudny do zrozumienia, ponieważ są bardziej masywne, niż oczekiwaliśmy – jakby znacznie bardziej masywne, mają trzy lub cztery razy więcej masy, niż oczekiwaliśmy”. Innymi słowy, wszechświat nieustannie nas zaskakuje, i to nie zawsze w dobrym sensie.
Astronomowie rozdzielili światło każdej galaktyki na widmo, szukając niewielkich różnic w kolorze, które ujawniają, jakie typy gwiazd są obecne. Haczyk: duże, jasne gwiazdy kradną show, podczas gdy mniejsze są nieśmiałe i trudne do zauważenia. Naukowcy z Penn State zapewnili wiedzę i wskazówki do modelowania światła z tych układów galaktyk.
„Gdyby galaktyka była miastem, najjaśniejsze gwiazdy byłyby wieżowcami, które od razu rzucają się w oczy z daleka” – powiedziała główna autorka Chloe Cheng, niedawna absolwentka studiów doktoranckich na Uniwersytecie w Lejdzie. „Nasze modele pokazują, że znacznie liczniejsza populacja gwiazd o niskiej masie jest ukryta za tymi rzadkimi, jasnymi gwiazdami, jak domy ukryte między wieżowcami. W rezultacie ta galaktyka okazuje się znacznie bardziej masywna, niż sugerowały wcześniejsze szacunki”. Tak więc w zasadzie wszechświat jest pełen kosmicznych przedmieść.
Tradycyjnie astronomowie zakładali, że gwiazdy powstają w podobnych proporcjach w całym wszechświecie, ale te odkrycia podważają to wieloletnie założenie. Najbardziej masywne galaktyki we wczesnym wszechświecie wydają się być wypełnione większą liczbą gwiazd o niskiej masie niż mniejsze galaktyki, takie jak nasza Droga Mleczna.
Jedna galaktyka wyróżniała się, według współautorki Martje Slob, doktorantki na Uniwersytecie w Lejdzie. Prawdopodobnie powstała mniej niż półtora miliarda lat po Wielkim Wybuchu i może być nawet czterokrotnie bardziej masywna, niż wcześniej obliczono.
„Do niedawna takie pomiary były po prostu niemożliwe” – powiedziała Slob. „Potrzebowaliśmy nie tylko teleskopu zdolnego do powiększania bardzo odległych galaktyk, ale także widm o wyjątkowej jakości i nowych technik analitycznych, aby niezawodnie wykryć subtelne sygnatury słabych, mało masywnych gwiazd ukrytych w tych kosmicznych tytanach”. Ponieważ najwyraźniej największe galaktyki we wszechświecie lubią bawić się w chowanego.
Te odkrycia mają poważne implikacje dla zrozumienia, jak galaktyki rozwijały się w młodym wszechświecie. Odkąd JWST rozpoczął obserwacje, astronomowie wielokrotnie znajdowali nieoczekiwanie masywne i dojrzałe galaktyki, które istniały wkrótce po Wielkim Wybuchu, co wywiera presję na istniejące modele formowania się galaktyk.
„To odkrycie ma kluczowe znaczenie dla naszego zrozumienia wczesnego wszechświata” – powiedział Leja, który jest również związany z Penn State Institute for Computational and Data Sciences. „Od czasu uruchomienia JWST astronomowie znajdują zaskakująco masywne i dojrzałe galaktyki, które istniały już wkrótce po Wielkim Wybuchu. Uważa się, że te bardzo wczesne galaktyki ewoluują w typ galaktyk badanych