איור זה מראה גלקסיה שנוצרה רק כמה מאות מיליוני שנים לאחר המפץ הגדול, כאשר גז היה תערובת של שקוף ואטום במהלך עידן היינון מחדש. נתונים מטלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א מראים שיש הרבה גז קר ונייטרלי בסביבת הגלקסיות המוקדמות האלה – ושהגז עשוי להיות צפוף יותר מהצפוי.
ווב צפה בגלקסיות הללו כחלק מסקר ה-Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) שלו כמה חודשים לאחר שהחל לבצע תצפיות בשנת 2022. CEERS כולל גם תמונות וגם נתונים הידועים כספקטרים מהמיקרו-תריסים על סיפון ה-NIRSpec (ספקטרוגרף אינפרא אדום קרוב). נתונים מ-CEERS פורסמו באופן מיידי כדי לתמוך בתגליות כמו זו כחלק מתוכנית מדע השחרור המוקדם (ERS) של Webb. קרדיט: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)
משתמש ב טלסקופ החלל ג'יימס וובחוקרים מאוניברסיטת קופנהגן הפכו לראשונים לראות היווצרותן של שלוש מהגלקסיות המוקדמות ביותר ביקום, לפני יותר מ-13 מיליארד שנים.
לראשונה בתולדות האסטרונומיה, חוקרים במכון נילס בוהר היו עדים להולדתן של שלוש מהגלקסיות המוקדמות ביותר ביקום, איפשהו בין 13.3 ל-13.4 מיליארד שנים.
התגלית נעשתה באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שהביא את 'התצפיות החיות' הראשונות הללו של גלקסיות מעצבות אלינו כאן על כדור הארץ.
באמצעות הטלסקופ הצליחו החוקרים לראות אותות מכמויות גדולות של גז המצטברות ומצטברות למיני גלקסיה בתהליך בנייה. אמנם כך נוצרות גלקסיות על פי תיאוריות והדמיות ממוחשבות, אך מעולם לא נצפה בכך.
"אפשר לומר שאלו התמונות ה'ישירות' הראשונות של היווצרות גלקסיות שראינו אי פעם. בעוד שהג'יימס ווב הראה לנו בעבר גלקסיות מוקדמות בשלבים מאוחרים יותר של האבולוציה, כאן אנו עדים לעצם לידתן, וכך, לבניית מערכות הכוכבים הראשונות ביקום", אומר עוזר פרופסור קספר אלם היינץ ממכון נילס בוהר, שהוביל את המחקר החדש.
המחקר פורסם בכתב העת המדעי המוערך מַדָע.
איך הם עשו את זה
חוקרים הצליחו למדוד את היווצרות הגלקסיות הראשונות של היקום על ידי שימוש במודלים מתוחכמים של האופן שבו אור מגלקסיות אלו נספג בגז הנייטרלי שנמצא בתוכם וסביבן. מעבר זה ידוע כמעבר לימן-אלפא.
על ידי מדידת האור, החוקרים הצליחו להבחין בין גז לגלקסיות החדשות שנוצרו מגזים אחרים. מדידות אלו היו אפשריות רק הודות ליכולות הספקטרוגרף האינפרא אדום הרגיש להפליא של טלסקופ החלל ג'יימס ווב.
גלקסיות שנולדו זמן קצר לאחר המפץ הגדול
החוקרים מעריכים שהלידה של שלוש הגלקסיות התרחשה בערך 400-600 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול, הפיצוץ שהתחיל הכל. למרות שזה נשמע כמו זמן רב, זה מתאים לגלקסיות שנוצרות במהלך שלושת עד ארבעת האחוזים הראשונים של 13.8 מיליארד שנות החיים הכוללות של היקום.
זמן קצר לאחר המפץ הגדול, היקום היה גז עצום אטום של אטומי מימן – שלא כמו היום, שם שמי הלילה מנומרים בשמיכה של כוכבים מוגדרים היטב.
"במהלך מאות מיליוני השנים שלאחר המפץ הגדול, הכוכבים הראשונים נוצרו, לפני שכוכבים וגז החלו להתלכד לגלקסיות. זהו התהליך שאנו רואים את תחילתו בתצפיות שלנו", מסביר פרופסור-משנה דראך ווטסון.
לידת הגלקסיות התרחשה בתקופה בתולדות היקום המכונה עידן היינון, כאשר האנרגיה והאור של כמה מהגלקסיות הראשונות פרצו דרך ערפילי גז המימן.
בדיוק כמויות גדולות אלו של גז מימן לכדו החוקרים באמצעות ראיית האינפרא אדום של טלסקופ החלל ג'יימס ווב. זוהי המדידה הרחוקה ביותר של גז המימן הקר והנייטרלי, שהוא אבן הבניין של הכוכבים והגלקסיות, שגילו חוקרים מדעיים עד כה.
על היקום המוקדם
היקום החל את "חייו" לפני כ-13.8 מיליארד שנים בפיצוץ אדיר – המפץ הגדול. האירוע הוליד שפע של חלקיקים תת-אטומיים כמו קווארקים ואלקטרונים. חלקיקים אלו התקבצו ויצרו פרוטונים וניוטרונים, אשר מאוחר יותר התלכדו לגרעיני אטום. בערך 380,000 שנים לאחר המפץ הגדול, אלקטרונים החלו להקיף גרעיני אטום, והאטומים הפשוטים ביותר של היקום נוצרו בהדרגה.
הכוכבים הראשונים נוצרו לאחר כמה מאות מיליוני שנים. ובתוך ליבם של הכוכבים האלה נוצרו האטומים הגדולים והמורכבים יותר שיש לנו סביבנו.
מאוחר יותר, כוכבים התלכדו לגלקסיות. הגלקסיות העתיקות ביותר המוכרות לנו נוצרו כ-3-400 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. מערכת השמש שלנו נוצרה לפני כ-4.6 מיליארד שנים – יותר מ-9 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול.
מוסיף להבנת המקורות שלנו
המחקר נערך על ידי קספר אלם היינץ, בשיתוף פעולה הדוק עם, בין היתר, עמיתים למחקר דראך ווטסון, גבריאל ברמר והסטודנטית לדוקטורט סימון ויילגארד ממרכז השחר הקוסמי במכון נילס בוהר באוניברסיטת קופנהגן – מרכז שמטרתו המוצהרת היא לחקור ולהבין את שחר היקום. התוצאה האחרונה הזו מקרבת אותם הרבה יותר לעשות בדיוק את זה.
צוות המחקר כבר הגיש בקשה לזמן תצפית נוסף עם טלסקופ החלל ג'יימס ווב, בתקווה להרחיב את התוצאה החדשה שלהם וללמוד יותר על התקופה המוקדמת ביותר בהיווצרות הגלקסיות.
"לעת עתה, מדובר במיפוי התצפיות החדשות שלנו על גלקסיות שנוצרות בפירוט אפילו יותר מבעבר. יחד עם זאת, אנו מנסים כל הזמן לדחוף את הגבול של כמה רחוק החוצה אל היקום שאנו יכולים לראות. אז אולי נגיע אפילו רחוק יותר", אומרת סימון ויילגארד.
לדברי החוקר, הידע החדש תורם למענה על אחת השאלות הבסיסיות ביותר של האנושות.
"אחת השאלות הבסיסיות ביותר שאנו בני האדם תמיד שאלנו היא: 'מאיפה אנחנו באים?'. כאן, אנו מחברים מעט יותר מהתשובה על ידי שפיכת אור על הרגע שבו נוצרו כמה מהמבנים הראשונים של היקום. זהו תהליך שנחקור עוד יותר, עד שבתקווה, נוכל להתאים אפילו יותר חלקים מהפאזל", מסכם פרופסור-משנה גבריאל ברמר.
המחקר נערך על ידי החוקרים Kasper E. Heintz, Darach Watson, Gabriel Brammer, Simone Vejlgaard, Anne Hutter, Victoria B. Strait, Jorryt Matthee, Pascal A. Oesch, Pall Jakobsson, Nial R. Tanvir, Peter Laursen, Rohan P. Naidu, Charlotte A. Mason, Meghanna Killi, Intae Jung, Tiger Yu-Yang Hsiao, Abdurro'uf, Dan Coe, Pablo Arrabal Haro, Steven L. Finkelstein, & Sune Toft.
החלק הדני של המחקר ממומן על ידי קרן המחקר הלאומית הדנית וקרן קרלסברג.
