Ett internationellt forskarlag under ledning av
forskare från Penn State (Pennsylvania university) har med hjälp av instrumentet
NIRSpec som finns ombord på JWST (James Webb teleskopet) identifierat tre
mystiska objekt i universums första tid (cirka 600-800 miljoner år efter Big
Bang). Då universum bara var 5 procent
av sin nuvarande ålder.
Teamet studerade ur spektralmätningar intensiteten i
olika våglängder av ljus från objekten. Analysen visade att det fanns
signaturer som visar "gamla" stjärnor, hundratals miljoner år gamla, mycket
äldre än vad man kan förvänta sig i ett ungt universum.
Forskarna blev också förvånade då de upptäckte
signaturer av enorma supermassiva svarta hål i samma stjärnsamling (galaxtillväxt) och uppskattar att dessa är
100 till 1 000 gånger mer massiva än det supermassiva svarta hålet i Vintergatan.
– Vi har bekräftat att dessa stjärnsamlingar verkar
vara packade med uråldriga stjärnor – hundratals miljoner år gamla – i ett
universum som bara är 600-800 miljoner år gammalt. Anmärkningsvärt nog har
dessa objekt även rekordet för de tidigaste signaturerna av gammalt stjärnljus, beskriver
Bingjie Wang, postdoktor vid Penn State University och huvudförfattare till
artikeln (se nedan). – Det var helt
oväntat att hitta gamla stjärnor i ett så ungt stadium av universum.
Standardmodellerna för kosmologi och galaxbildning har varit framgångsrika, men
dessa ljusstarka objekt passar inte in i nuvarande teorier.
Forskarna upptäckte först de massiva objekten i juli
2022. Vid den tidpunkten misstänkte forskarna att objekten var galaxer, men
följde upp sin analys genom att samla in spektra för att bättre förstå
objektens verkliga avstånd samt källorna som driver deras enorma ljus.
Forskarna använde sedan insamlad data för att få en
tydligare bild av hur galaxbildningen såg ut och vad som fanns i den. Teamet
bekräftade inte bara att objekten var galaxer i tidernas begynnelse
utan de hittade också bevis för förvånansvärt stora supermassiva svarta hål och
en förvånansvärt gammal population av stjärnor.
JWST är utrustad med instrument för infraröd avkänning
som kan detektera ljus som sänds ut från de äldsta stjärnorna och galaxerna. I
huvudsak gör teleskopet det möjligt för forskare att se tillbaka i tiden
ungefär 13,5 miljarder år vilket är tiden nära universums begynnelse som vi
känner det, beskriver Leja.
En utmaning med att analysera forntida ljus är att det
kan vara svårt att skilja de typer av objekt som kan ha avgett ljuset. När det
gäller dessa tidiga objekt har de tydliga egenskaper hos både supermassiva
svarta hål och gamla stjärnor. Wang förklarar att det ännu inte är klart hur
mycket av det observerade ljuset som kommer från vart och ett av detta – vilket
innebär att det kan röra sig om tidiga galaxer som är oväntat gamla och till
och med mer massiva än vår egen Vintergata som bildats mycket tidigare än vad
modellerna förutspår eller så kan de vara galaxer med mer normal massa men med
"övermassiva" svarta hål, ungefär 100 till 1 000 gånger mer massiva
än vad en likartad i storlek galax skulle ha idag.
"Att skilja mellan ljus från material som
faller in i ett svart hål och ljus som sänds ut från stjärnor i dessa små,
avlägsna objekt är utmanande", beskriver Wang. –Bortsett från deras
oförklarligt stora massa och unga ålder är frågan om ljuset kommer från
supermassiva svarta hål så är dessa inte supermassiva svarta hål som vi
känner sådana. De nu funna innehåller mycket mer ultravioletta fotoner än
väntat och saknar de
karakteristiska signaturerna hos supermassiva svarta hål, såsom hett stoft och
ljus röntgenstrålning. Men det kanske mest överraskande, enligt forskarna, är
hur massiva de verkar vara.
Här ser vi ett fullt utvecklat stort svart hål i en mycket liten nybildande galax. Det är inte riktigt logiskt för galaxer och svarta hål borde växa i storlek tillsammans enligt nuvarande teori.
Forskarna var också förbryllade över de otroligt små
storlekarna på dessa system, bara några hundra ljusår tvärsöver ungefär 1 000
gånger mindre än Vintergatan. Stjärnorna är ungefär lika många som i
vår egen galax Vintergatan med någonstans mellan 10 miljarder och 1 biljon
stjärnor – men ryms i en volym som är 1 000 gånger mindre än Vintergatan.
Leja förklarade att om man tog Vintergatan och
komprimerade den till storleken av de galaxer som hittats där ute skulle den
närmaste stjärnan nästan finnas i vårt eget solsystem. Det supermassiva svarta
hålet i Vintergatans centrum, cirka 26 000 ljusår bort, skulle bara ligga cirka
26 ljusår från jorden och synas på himlen som en gigantisk ljuspelare.
"Dessa tidiga galaxer är täta med
stjärnor – stjärnor som måste ha bildats på ett sätt som vi inte har kunskap om och under förhållanden som vi aldrig skulle förvänta oss under en period av tid och rum vi
aldrig skulle förväntat oss att se dem", beskriver Leja. De är unika för
det tidiga universum."
Forskarna hoppas kunna följa upp med fler
observationer som kan hjälpa till att förklara några av objektens
mysterier. De planerar att ta djupare spektra genom att rikta teleskopet mot
objekten under längre tidsperioder vilket kommer att hjälpa till att undersöka
och kanske förstå stjärnorna och det potentiella supermassiva
svarta hålen genom att identifiera de specifika absorptionssignaturer som
finns i var och ett av dem.
Jag
misstänker att vi inte förstår expansionen från nära noll och som sedan skedde i
universums början och att svaret på
gåtan finns i detta.
Wang och Leja fick finansiering från NASA:s General
Observers-program. Forskningen stöddes också av International Space Science
Institute i Bern. Arbetet är delvis baserat på observationer gjorda med
NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope. Beräkningarna för forskningen utfördes
på Penn State's Institute for Computational and Data Sciences superdator Roar.
Andra medförfattare till artikeln är Anna de Graaff
vid Max-Planck-Institut für Astronomie i Tyskland; Gabriel Brammer från Cosmic
Dawn Center och Niels Bohr Institute; Andrea Weibel och Pascal Oesch från
universitetet i Genève; Nikko Cleri, Michaela Hirschmann, Pieter van Dokkum och
Rohan Naidu från Yale University; Ivo Labbé från Stanford University; Jorryt
Matthee och Jenny Greene från Princeton University; Ian McConachie och Rachel
Bezanson från University of Pittsburgh; Josephine Baggen från Texas A&M
University; Katherine Suess från Observatoire de Sauverny i Schweiz; David
Setton of Massachusetts Institute of Technology’s Kavli Institute for
Astrophysics and Space Research; Erica Nelson från University of Colorado;
Christina Williams från U.S. National Science Foundation's National
Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory och University of Arizona.
Studien om upptäckten publicerades den 27 juni 2024
i Astrophysical Journal Letters.
Bild https://www.flickr.com/
Grekland (Arkiv: NASA, Internationella rymdstationen, 07/22/11)
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar