Gigantyczny rezerwuar „gwiezdnego paliwa” odkryty w jednej z najwcześniejszych galaktyk Wszechświata

Wszechświat był jeszcze całkiem młody — minęło zaledwie około 700 milionów lat od Wielkiego Wybuchu, co stanowi około 5% jego obecnego wieku — gdy istniały już galaktyki zdolne do błyskawicznego wzrostu i formowania gwiazd. Międzynarodowy zespół astronomów, korzystając z dwóch potężnych radioteleskopów, po raz pierwszy bezpośrednio zaobserwował, z czego składało się „paliwo” napędzające ten proces. Wyniki opublikowane w czasopiśmie Monthly Notices of the Royal Astronomical Society zmuszają do nowego spojrzenia na to, jak formowały się pierwsze masywne galaktyki.

Mowa o galaktyce REBELS-25, obserwowanej przy przesunięciu ku czerwieni z=7,3. Znajduje się ona w epoce rejonizacji — okresie, w którym pierwsze pokolenia gwiazd i galaktyk stopniowo zmieniały oblicze kosmosu, jonizując otaczający je obojętny wodór. Wcześniej astronomowie przypuszczali, że tak wczesne, masywne obiekty musiały posiadać ogromne zasoby chłodnego gazu molekularnego, będącego podstawowym budulcem nowych gwiazd. Brakowało jednak bezpośrednich dowodów na ten fakt: sygnały były zbyt słabe, a tło kosmicznego mikrofalowego promieniowania reliktowego na tak dużych dystansach dodatkowo utrudniało obserwacje.

Kluczową rolę odegrały obserwacje przeprowadzone za pomocą instrumentów Very Large Array (VLA) w Nowym Meksyku oraz Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) w Chile. Dzięki VLA udało się zarejestrować słabą emisję tlenku węgla (CO), który jest wiarygodnym wskaźnikiem obecności chłodnego gazu. Jest to jak dotąd najdalsza detekcja tego rodzaju. Sieć ALMA uzupełniła ten obraz, pozwalając oszacować temperaturę, gęstość oraz rozmieszczenie gazu. Okazało się, że REBELS-25 zawiera około stu miliardów mas Słońca chłodnego gazu molekularnego, co stanowi blisko 95% całej materii barionowej (zwyczajnej) tej galaktyki. Dla porównania: gwiazd powstało w niej na razie znacznie mniej.

Galaktyka ta zaskakuje stopniem dojrzałości. Wcześniejsze badania wykazały już, że posiada ona wirujący dysk, duże ilości pyłu oraz stosunkowo wysoką zawartość pierwiastków ciężkich. Teraz do tej listy dołączył potężny rezerwuar gazu. „Nasze wyniki pokazują, że już 700 milionów lat po Wielkim Wybuchu galaktyki dysponowały rozległymi zasobami chłodnego gazu do formowania nowych gwiazd” — zauważa główna autorka pracy, Karin Cheskon z Uniwersytetu w Lejdzie.

W badaniach uczestniczył również chilijski astronom Manuel Aravena z Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines oraz Universidad Diego Portales. Według niego takie znaleziska pomagają zrozumieć, w jaki sposób niektóre systemy we wczesnym Wszechświecie tak szybko gromadziły materiał. Nie musi to być zjawisko powszechne — być może REBELS-25 stanowi wyjątkowy przykład, ale teraz naukowcy zyskali narzędzie, by sprawdzić, jak często występowały podobne rezerwuary.

Odkrycie to stanowi istotny krok w badaniu „kosmicznego świtu”. Przyszłe, bardziej czułe instrumenty, takie jak Next Generation VLA, umożliwią obserwację chłodnego gazu w większej liczbie wczesnych galaktyk. Obecnie widzimy jednak, że nawet w bardzo młodym kosmosie istniały już warunki do gwałtownego wzrostu struktur, które z czasem stały się fundamentem współczesnego wszechświata. Jest to przypomnienie o tym, jak dynamiczny i pełen niespodzianek był wczesny Wszechświat.