תצפיות אחרונות של טלסקופ החלל ג'יימס ווב חשפו את Gz9p3, גלקסיה עתיקה משנות פעוטות היקום, וגילו שהיא מסיבית ובוגרת במיוחד. תגלית זו, המעידה על היווצרות כוכבים מהירה ומיזוגים מוקדמים של גלקסיות, מעוררת אסטרופיזיקאים לשנות את המודלים שלהם של התפתחות היקום המוקדמת. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com
תמונות מפורטות של אחת הגלקסיות הראשונות מראות שהצמיחה ביקום המוקדם הייתה הרבה יותר מהירה ממה שחשבו תחילה.
אסטרונומים נהנים כעת מתקופה פורה של גילוי, החוקרים את התעלומות הרבות של היקום המוקדם.
השיגור המוצלח של טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST), יורש של טלסקופ החלל האבל של נאס"א, דחק את הגבול של מה שאנו יכולים לראות.
התצפיות נכנסות כעת ל-500 מיליון השנים הראשונות לאחר המפץ הגדול, כאשר היקום היה פחות מחמישה אחוזים מגילו הנוכחי. עבור בני אדם, הפעם הייתה ממקמת את היקום היטב בשלב הפעוט.
עם זאת, הגלקסיות שאנו צופים בהן בהחלט אינן אינפנטיליות, כאשר תצפיות חדשות חושפות גלקסיות מסיביות ובוגרות יותר ממה שציפו בעבר לתקופות כה מוקדמות, ועוזרות לשכתב את ההבנה שלנו לגבי היווצרות והתפתחות הגלקסיות.
צוות המחקר הבינלאומי שלנו ביצע לאחרונה תצפיות מפורטות חסרות תקדים באחת הגלקסיות המוקדמות ביותר הידועות – המכונה Gz9p3, ופורסם כעת ב- אסטרונומיה של הטבע.
השם שלה מגיע משיתוף הפעולה של Glass (שם צוות המחקר הבינלאומי שלנו) ומהעובדה שהגלקסיה נמצאת בהיסט לאדום של z=9.3 כאשר הסטה לאדום היא אחת הדרכים לתאר את המרחק לעצם – ומכאן G ו-z9p3.
Gz9p3, הגלקסיה המתמזגת הבהירה ביותר הידועה ב-500 מיליון השנים הראשונות של היקום (נצפית באמצעות JWST) משמאל: הדמיה ישירה מראה ליבת גרעין כפול באזור המרכז. מימין: קווי המתאר של פרופיל האור חושפים מבנה גושי מוארך שנוצר על ידי מיזוג גלקסיות. קרדיט: נאס"א
רק לפני כמה שנים, Gz9p3 הופיע כנקודת אור אחת דרך ה- טלסקופ החלל האבל. אבל על ידי שימוש ב טלסקופ החלל ג'יימס ווב נוכל לצפות באובייקט זה כפי שהיה 510 מיליון שנים לאחר ה המפץ הגדוללפני כ-13 מיליארד שנים.
גילינו ש-Gz9p3 היה הרבה יותר מסיבי ובוגר מהצפוי עבור יקום צעיר כל כך, שכבר מכיל כמה מיליארדי כוכבים.
ללא ספק העצם המאסיבי ביותר שאושר מהזמן הזה, הוא חושב כמסיבי פי 10 מכל גלקסיה אחרת שנמצאה בשלב מוקדם של היקום.
יחד, תוצאות אלו מצביעות על כך שכדי שהגלקסיה תגיע לגודל זה, הכוכבים חייבים להתפתח הרבה יותר מהר ויעילה ממה שחשבנו תחילה.
מיזוג הגלקסיות הרחוק ביותר ביקום המוקדם
לא רק Gz9p3 זה מסיבי, אלא שצורתו המורכבת מזהה אותו מיד כאחד ממיזוגי הגלקסיות המוקדמים ביותר שאי פעם נצפו.
הדמיית JWST של הגלקסיה מציגה מורפולוגיה הקשורה בדרך כלל לשתי גלקסיות המקיימות אינטראקציה. והמיזוג לא הסתיים כי אנחנו עדיין רואים שני מרכיבים.
כאשר שני חפצים מסיביים מתחברים כך, הם למעשה זורקים חלק מהחומר בתהליך. אז, החומר שנזרק זה מרמז שמה שראינו הוא אחד המיזוגים הרחוקים ביותר שנראו אי פעם.
טלסקופ ג'יימס ווב – המכשיר הגדול והחזק ביותר מסוגו ששוגר אי פעם לחלל – משתמש במראה ראשית באורך 6.5 מטר, העשויה מ-18 מראות משושה, מצופות בציפוי זהב כדי לייצר כמה מהתמונות המוקדמות ביותר של היקום. קרדיט: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez
לאחר מכן, המחקר שלנו הסתכל עמוק יותר, כדי לתאר את אוכלוסיית הכוכבים המרכיבים את הגלקסיות המתמזגות. באמצעות JWST, הצלחנו לבחון את הספקטרום של הגלקסיה, לפצל את האור באותו אופן שבו פריזמה מפצלת אור לבן לקשת בענן.
כאשר משתמשים בהדמיה בלבד, רוב המחקרים של עצמים רחוקים מאוד אלה מראים רק כוכבים צעירים מאוד מכיוון שהכוכבים הצעירים יותר בהירים יותר ולכן האור שלהם שולט בנתוני ההדמיה.
לדוגמה, אוכלוסיה צעירה בהירה שנוצרה כתוצאה ממיזוג הגלקסיות, בת פחות ממיליוני שנים בודדות, עולה על אוכלוסייה מבוגרת שכבר בת יותר מ-100 מיליון שנה.
באמצעות טכניקת הספקטרוסקופיה נוכל לייצר תצפיות מפורטות כל כך, שניתן להבחין בין שתי האוכלוסיות.
דגמים חדשים של היקום המוקדם
אוכלוסייה מבוגרת כל כך לא הייתה צפויה בהתחשב באיזו התחלה כוכבים היו צריכים להיווצר כדי להזדקן מספיק בזמן קוסמי זה. הספקטרוסקופיה כל כך מפורטת, שאנחנו יכולים לראות את התכונות העדינות של הכוכבים הישנים שאומרים לנו שיש שם יותר ממה שאתה חושב.
יסודות ספציפיים שזוהו בספקטרום (כולל סיליקון, פחמן וברזל) מגלים שאוכלוסיה מבוגרת זו חייבת להתקיים כדי להעשיר את הגלקסיה בשפע של כימיקלים.
לא רק גודלן של הגלקסיות מפתיע אלא גם המהירות שבה הן צמחו למצב כה בוגר מבחינה כימית.
תצפיות אלו מספקות עדות להצטברות מהירה ויעילה של כוכבים ומתכות בסמוך לאחר המפץ הגדול, הקשורה למיזוגי גלקסיות מתמשכים, ומוכיחות שגלקסיות מסיביות עם כמה מיליארדי כוכבים היו קיימות מוקדם מהצפוי.
תצפיות מספקות עדות להצטברות מהירה ויעילה של כוכבים ומתכות לאחר המפץ הגדול. קרדיט: נאס"א, ESA, ג'ניפר לוץ (STScI), מאט מאונטיין (STScI), אנטון מ. קוקמור (STScI), צוות HFF (STScI)
גלקסיות מבודדות בונות את אוכלוסיית הכוכבים שלהן באתרו עם זאת, ממאגרי הגז הסופיים שלהם, זו יכולה להיות דרך איטית לגלקסיות לצמוח.
אינטראקציות בין גלקסיות יכולות לשאוב זרימות טריות של גז בתולי, לספק דלק להיווצרות כוכבים מהירה, ומיזוגים מספקים ערוץ מואץ עוד יותר להצטברות וגדילה של מסה.
הגלקסיות הגדולות ביותר ביקום המודרני שלנו נושאות כולן היסטוריה של מיזוגים, כולל שלנו שביל החלב שגדל לגודלה הנוכחי באמצעות מיזוגים עוקבים עם גלקסיות קטנות יותר.
תצפיות אלו של Gz9p3 מראות שגלקסיות הצליחו לצבור מסה במהירות ביקום המוקדם באמצעות מיזוגים, עם יעילות יצירת כוכבים גבוהה ממה שציפינו.
תצפיות זה ותצפיות אחרות באמצעות ה-JWST גורמות לאסטרופיזיקאים להתאים את המודלים שלהם לשנים הראשונות של היקום.
הקוסמולוגיה שלנו לא בהכרח שגויה, אבל כנראה שההבנה שלנו לגבי מהירות היווצרותן של גלקסיות היא, כי הן מסיביות יותר ממה שאי פעם האמנו שיכולות להיות אפשריות.
תוצאות חדשות אלו מתוזמנות היטב כאשר אנו מתקרבים לציון השנתיים לתצפיות מדעיות שנעשו באמצעות ה-JWST.
ככל שהמספר הכולל של הגלקסיות שנצפו גדל, אסטרונומים החוקרים את היקום המוקדם עוברים משלב הגילוי לתקופה שבה יש לנו דגימות גדולות מספיק כדי להתחיל לבנות ולשכלל מודלים חדשים.
מעולם לא היה זמן מרגש יותר להבין את המסתורין של היקום המוקדם.
את המחקר הוביל ד"ר קיט בוייט עם צוות הכולל את פרופסור מישל טרנטי, בנג'מין מתה ו ניקולו דלמאסו גם מאוניברסיטת מלבורן וה ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics ב-3 מימדים (ASTRO 3D). צוות המחקר הבינלאומי כלל 27 מחברים מ-19 מוסדות באוסטרליה, תאילנד, איטליה, ארה"ב, יפן, דנמרק וסין.
