Galaktyka, która nie wiruje: zaskakujące odkrycie teleskopu Jamesa Webba

Nieoczekiwany gigant w młodym Wszechświecie

*Wczesna galaktyka przeczy oczekiwaniom brakiem rotacji, zaskakując astronomów*. *Źródło: Space*

Astronomowie korzystający z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba odkryli masywną galaktykę z bardzo wczesnego okresu dziejów Wszechświata, która praktycznie w ogóle się nie obraca – wbrew temu, czego spodziewają się modele ewolucji galaktyk.
Obiekt o oznaczeniu XMM-VID1-2075 widzimy takim, jaki był, gdy Wszechświat miał mniej niż 2 miliardy lat, czyli ponad 12 miliardów lat świetlnych w głąb kosmicznej przeszłości.

Ta nierotująca galaktyka została opisana w pracy opublikowanej 4 maja w czasopiśmie Nature Astronomy przez zespół kierowany przez Bena Forresta z University of California w Davis.
Szczegóły odkrycia przedstawiono w komunikacie UC Davis, który podkreśla, że takie zachowanie znamy dotąd głównie z bardzo masywnych, dojrzałych galaktyk w najbliższym kosmicznym sąsiedztwie.

Jak zwykle zachowują się galaktyki

W standardowej historii Wszechświata młode galaktyki zaczynają swoje życie jako obiekty wirujące – gaz zapadający się grawitacyjnie zachowuje moment pędu, więc z czasem formuje dysk obracający się wokół centrum.
Z biegiem miliardów lat kolejne zderzenia i łączenia się galaktyk mogą stopniowo zamieszać w uporządkowanych ruchach gwiazd, przekształcając spiralę w bardziej puchatą galaktykę eliptyczną, w której dominuje chaotyczny, przypadkowy ruch gwiazd.

W naszym otoczeniu kosmicznym takie słabo rotujące lub praktycznie nierotujące giganty to zwykle wyjątkowo masywne, stare galaktyki eliptyczne w gromadach galaktyk.
Do tej pory sądzono, że potrzeba na to długiej serii zderzeń i miliardów lat ewolucji, a więc podobne obiekty nie powinny pojawiać się we wczesnym Wszechświecie tak szybko.

Co zobaczył Webb w galaktyce XMM-VID1-2075

XMM-VID1-2075 została po raz pierwszy wytypowana jako ciekawy obiekt w naziemnym przeglądzie MAGAZ3NE (Massive Ancient Galaxies at z>3 NEar-Infrared), prowadzonym m.in. z pomocą Obserwatorium Kecka na Hawajach.
Już wcześniejsze dane wskazywały, że jest to jedna z najbardziej masywnych znanych galaktyk we wczesnym Wszechświecie – ma już kilka razy więcej gwiazd niż Droga Mleczna i praktycznie zakończyła proces formowania nowych gwiazd.

Webb, dysponujący znacznie lepszą czułością i rozdzielczością w podczerwieni, pozwolił szczegółowo zbadać ruchy gwiazd w tej galaktyce.
Analiza spektroskopowa pokazała, że zamiast uporządkowanego obrotu wokół centrum dominuje w niej chaotyczny, losowy ruch – naukowcy nie znaleźli śladu klasycznej rotacji dysku gwiazdowego.

Dlaczego brak rotacji to taki problem

Brak wyraźnej rotacji w tak młodej, a jednocześnie bardzo masywnej galaktyce mocno kontrastuje z dotychczasowymi symulacjami kosmologicznymi.
W modelach komputerowych potrzeba serii zderzeń i stopniowego podgrzewania ruchów gwiazd, aby z wirującej spirali powstał nierotujący, eliptyczny gigant – to zwykle proces rozciągnięty na znaczną część wieku Wszechświata.

W przypadku XMM-VID1-2075 ten efekt widzimy, gdy Kosmos jest jeszcze bardzo młody, co sugeruje, że coś przyspieszyło ewolucję tej galaktyki.
Jedna z rozważanych hipotez mówi o pojedynczym, dramatycznym zderzeniu dwóch galaktyk obracających się w prawie przeciwnych kierunkach – ich momenty pędu mogły się częściowo znieść, pozostawiając wypadkowy układ bez wyraźnej rotacji.

Inna możliwość zakłada serię bardzo gwałtownych, szybkich zderzeń we wczesnej fazie życia galaktyki, które równie skutecznie zniszczyłyby uporządkowany ruch gwiazd.
Aby rozstrzygnąć między tymi scenariuszami, potrzebne będą kolejne obserwacje podobnych obiektów – i tu Webb ma duże pole do popisu.

Co nam mówi to odkrycie o ewolucji galaktyk

Odkrycie XMM-VID1-2075 wpisuje się w szerszy obraz niespodzianek z wczesnego Wszechświata, który od początku pracy Webba okazał się pełen masywnych, zadziwiająco dojrzałych galaktyk.
Już wcześniejsze wyniki pokazywały istnienie dużych, masywnych, a nawet spiralnych galaktyk w czasie, gdy Kosmos miał zaledwie kilkanaście procent obecnego wieku – teraz do tej grupy dołącza nierotujący gigant.

Takie obiekty zmuszają kosmologów do weryfikacji szczegółów modeli formowania się struktur we Wszechświecie, zwłaszcza tempa budowania masy galaktyk i roli zderzeń.
XMM-VID1-2075 może być brakującym ogniwem pokazującym, jak szybko można wyłączyć rotację i powstanie struktura przypominająca dzisiejsze galaktyki eliptyczne, ale w zupełnie innym momencie kosmicznej historii.

Co dalej: Webbowy łowca dziwnych galaktyk

Zespół Bena Forresta podkreśla, że pojedynczy obiekt to dopiero początek – potrzebna jest statystycznie znacząca próbka podobnych nierotujących galaktyk z wczesnego Wszechświata.
Kolejne kampanie obserwacyjne Webba i dużych teleskopów naziemnych (w tym przyszłych gigantów klasy trzydziestometrowej) będą polować na dalsze przykłady takich kosmicznych dziwaków.

Jeśli uda się znaleźć więcej galaktyk o podobnych własnościach, będzie to silny sygnał, że nasze obecne symulacje ewolucji galaktyk wymagają poważnego przestrojenia.
Jeśli jednak XMM-VID1-2075 okaże się skrajnym wyjątkiem, pozostanie fascynującą zagadką – pojedynczym przypadkiem, który pokazuje, że Wszechświat wciąż potrafi nas zaskoczyć, nawet gdy wydaje się, że znamy już ogólne reguły gry.