Tämä yllättävä löytö on mahdollistettu James Webbin avaruusteleskoopin FRESCO-ohjelman avulla, joka käyttää NIRCam/grism-spektrografiaa mitatakseen tarkasti galaksien etäisyyksiä ja tähtimassoja.
Kolme punaista hirviötä ovat äärimmäisen massiivisia ja pölyisiä galakseja ensimmäisen miljardin vuoden aikana suuren räjähdyksen jälkeen.
© NASA/CSA/ESA, M. Xiao & P. A. Oesch (Geneven yliopisto), G. Brammer (Niels Bohr -instituutti), Dawn JWST -arkisto
Tulokset viittaavat siihen, että tähtien muodostuminen varhaisessa universumissa oli paljon tehokkaampaa kuin aiemmin on ajateltu. Ne kyseenalaistavat olemassa olevat galaksien muodostumismallit. Tutkimus on julkaistu lehdessä Nature.
Tieteilijöiden suosiman teoreettisen mallin mukaan galaksit muodostuvat vähitellen suurten pimeän aineen haloissa. Pimeän aineen haloissa kaasu (atomit ja molekyylit) vangitaan, jolloin syntyy gravitaation avulla sidottuja rakenteita. Yleensä vain 20 % tästä kaasusta muuttuu tähdiksi galakseissa.
Kuitenkin UNIGE:n johtaman kansainvälisen tiimin ja NASA:n James Webbin avaruusteleskoopin (JWST) avulla tehdyt uudet löydöt kyseenalaistavat tämän näkemyksen. Ne paljastavat, että varhaisen universumin massiiviset galaksit saattoivat olla paljon tehokkaampia tähtien rakentamisessa kuin myöhemmät vastineensa, ja että ne kehittyivät paljon nopeammin kuin aiemmin on ajateltu.
”Punaiset monsterit” löydetty
JWST:n vertaansa vailla olevat mahdollisuudet ovat mahdollistaneet tähtitieteilijöiden tutkia hyvin kaukaisia ja siten nuoria galakseja, ja saada tietoa massiivisista galakseista sekä pölyn peittämistä galakseista. Analysoidessaan FRESCO-tutkimuksen galakseja, tutkijat havaitsivat, että suurin osa lähteistä on yhteensopivia olemassa olevien teoreettisten mallien kanssa. Kuitenkin he ovat myös löytäneet kolme yllättävän massiivista galaksiaa, joiden tähtimassa on verrattavissa nykyiseen Linnunrataan.Nämä galaksit muodostavat tähtiä lähes kaksi kertaa tehokkaammin kuin kevyemmät vastineensa ja vanhemmat galaksit. Niiden korkea pölypitoisuus, joka antaa niille erottuvan punaisen ulkonäön JWST:n kuvissa, on saanut ne nimeltä kolme "punaista monsteria".
"Tuloksemme määrittelevät uudelleen ymmärryksemme galaksien muodostumisesta nuorekkaassa universumissa", sanoo tutkimuksen pääkirjoittaja Mengyuan Xiao, joka on post-doc Geneven yliopiston tähtitieteen osastolla. David Elbaz, tutkimusjohtaja CEA Paris-Saclayssa, lisää: "Näiden 'punaisen monsterin' massiiviset ominaisuudet eivät olleet juurikaan tunnettuja ennen JWST:tä, koska ne ovat optisesti näkymättömiä pölyn vaimentumisen vuoksi."
Tärkeä askel galaksien havainnoinnissa
Kansainvälinen tiimi on kehittänyt uuden ohjelman JWST:llä analysoidakseen järjestelmällisesti täydellistä otosta emissioraitagalakseista ensimmäisen miljardin vuoden aikana kosmisessa historiassa. Tämä lähestymistapa on mahdollistanut tiimille tarkkojen etäisyysarvioiden ja luotettavien tähtimittausarvojen saamisen koko galaksinäytteelle."Tuloksemme korostavat NIRCam/grism-spektroskopian huomattavaa voimaa", selittää Pascal Oesch, apulaisprofessori Geneven yliopiston tähtitieteen osastolla ja tämän havainnointiohjelman pääkäsittelijä. "Avaruusteleskoopin mukana oleva laite mahdollistaa galaksien kasvun tunnistamisen ja tutkimisen ajan myötä, ja se tarjoaa selvemmän kuvan siitä, miten tähtimassa kertyy kosmisen historian aikana."
Liian monta ja liian massiivista galaksiaa varhaisessa universumissa
Vaikka nämä tulokset eivät ole ristiriidassa standardin kosmologiamallin kanssa, ne herättävät uusia kysymyksiä galaksien muodostumisteorioille, erityisesti ongelmalle "liian monista ja liian massiivisista" galakseista universumin alkuvaiheessa.Nykyisten mallien saattaa olla tarpeen ottaa huomioon ainutlaatuiset prosessit, jotka mahdollistivat joidenkin varhaisten massiivisten galaksien tehokkaan tähtien muodostamisen ja siten niiden nopean kehittymisen varhaisessa universumissa. Tulevat JWST:n ja Atacama Large Millimeter Arrayn (ALMA) havainnot tarjoavat lisää tietoa näistä ultra-massiivisista "punaisista monsterista" ja paljastavat suurempia näytteitä näistä lähteistä.
"Nämä tulokset viittaavat siihen, että varhaisen universumin galaksit ovat voineet muodostaa tähtiä odottamattoman tehokkaasti. Kun tutkimme näitä galakseja syvällisemmin, ne tarjoavat uusia näkökulmia olosuhteisiin, jotka muovasivat universumin ensimmäisiä aikakausia. 'Punaiset monsterit' ovat vain uuden aikakauden alku varhaisessa universumissa tutkimisessamme", päättää tohtori Mengyuan Xiao.