Rejtélyes fénygyűrűt láttak az égen, most kiderült, mit találtak

Az SPT0418-47 gravitációslencse-képe

Az ESO partnerségével üzemeltetett ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) antennarendszerrel csillagászok egy rendkívül távoli, így nagyon fiatal galaxist fedeztek fel, amely meglepően hasonlít a Tejútrendszerre. A galaxis olyan messze van, hogy fénye 12 milliárd év alatt ért el hozzánk: abban az állapotában látjuk, amikor az Univerzum még csak 1,4 milliárd éves volt. Szintén meglepő a benne uralkodó rendezettség, amely ellentmond az elméleteknek, miszerint a korai univerzum galaxisai turbulensek és instabilak. A váratlan felfedezés új megvilágításba helyezi univerzumunk múltját, és így megkérdőjelezi jelenlegi tudásunkat a galaxisok kialakulásáról.

„Az eredmény áttörést jelent a galaxisok kialakulásának területén, mivel jelzi, hogy a közeli spirálgalaxisokban és a Tejútrendszerben is megfigyelhető struktúrák már 12 milliárd évvel ezelőtt is léteztek" – mondja Francesca Rizzo, a németországi Max Planck Institut für Astrophysik PhD-hallgatója, a Nature-ben ma megjelent szakcikkben ismertetett kutatás vezetője. Úgy tűnik, a kutatók által tanulmányozott, SPT0418-47 katalógusjelű galaxisnak spirálkarjai nincsenek, de van legalább két, a Tejútrendszerre is jellemző része: forgó korong és központi dudor, a galaxis centruma körüli csillagok nagy és szoros csoportosulása.

Ez az első alkalom, hogy az univerzum történetének ilyen korai szakaszában figyelnek meg központi dudort, így az SPT0418-47 a legtávolabbi, Tejútrendszerre hasonlító galaxis.

A Tejútrendszer képe a Napunk (Sun) helyzetével (fantáziarajz) Forrás: NASA/Adler/U. Chicago/Wesleyan/JPL-Caltech

Teljesen olyan, mint a közeli galaxisok

„A legnagyobb meglepetés az, hogy a galaxis valójában szinte teljesen úgy néz ki, mint a közeli galaxisok, ellentmondva ezzel a modelleken és a korábbi, kevésbé részletes megfigyeléseken alapuló várakozásainknak" – magyarázza a cikk társszerzője, Filippo Fraternali (Kapteyn Instituut, Rijksuniversiteit Groningen, Hollandia).

A korai univerzumban a fiatal galaxisok még a formálódás fázisában voltak, így a kutatók azt várták, hogy még nincsenek bennük felismerhető, a Tejútrendszerhez hasonló, sokkal idősebb galaxisokra jellemző struktúrák, alakjuk még „kaotikus".

Az SPT0418-47 katalógusjelűhöz hasonló távoli galaxisok tanulmányozása alapvető fontosságú annak megértéséhez, hogy miként alakultak ki és fejlődtek ezek az objektumok.

Ez a galaxis olyan messze van, hogy fénye 12 milliárd év alatt ért el bennünket, így abban az állapotában látjuk, amikor az univerzum kora a mainak még csak 10 százaléka volt.

Vizsgálatával visszatekinthetünk abba a korszakba, amikor ezek a galaxiscsecsemők még éppen csak fejlődésnek indultak.

Az SPT0418-47 gravitációslencse-képe Forrás: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.

Pillantás a távoli múltba

Mivel ezek a galaxisok nagyon-nagyon messze vannak, részletes megfigyelésük még a legnagyobb távcsövekkel is gyakorlatilag lehetetlen, annyira halványak és kicsi a szögátmérőjük. A csoport az akadályt egy közeli galaxist gravitációs lencseként használva küzdötte le, így az ALMA minden eddiginél részletesebb bepillantást nyújthatott a múltba. A gravitációslencse-hatás azt jelenti, hogy egy közelebbi galaxis gravitációs terében a távoli galaxis fénye elhajlik, így annak alakja eltorzul, de közben nagyítás és fényerősítés is fellép.

Mivel majdnem pontosan egy egyenesbe esnek velünk, a távoli galaxis szinte tökéletes fénygyűrűként jelenik meg a közelebbi, azt gravitációslencse-hatás következtében leképező galaxis körül.

A kutatócsoport az ALMA adataiból egy új számítógépes modellezési eljárással rekonstruálta a távoli galaxis valódi alakját és a gáz mozgását benne. „Amikor először megláttam az SPT0418-47 rekonstruált képét, szinte el se akartam hinni: egy kincsesláda tárult fel előttünk" – lelkesedik Rizzo.

Nagyon rejtélyes, amit találtunk: annak ellenére, hogy a csillagok keletkezési üteme gyors, és így nagy energiájú folyamatok helyszíne, az SPT0418-47 az egyik legrendezettebb galaxis, amelyet a korai univerzumban valaha megfigyeltünk"

– állítja a cikk másik társszerzője, Simona Vegetti, aki szintén a Max Planck Institut für Astrophysik munkatársa.

Az eredmény teljességgel váratlan, és fontos következményei vannak arra nézve, hogy miként gondolkodunk a galaxisok fejlődéséről."

A csillagászok ugyanakkor arra is felhívják a figyelmet, hogy bár az SPT0418-47-nek van korongja és vannak a ma látható spirálgalaxisokéhoz hasonló egyéb szerkezeti elemei, valószínűleg a Tejútrendszertől nagyon különböző objektummá fog fejlődni, és végül az univerzumot ma benépesítő galaxisok másik típusa, elliptikus galaxis válik belőle.

Az SPT0418-47 rekonstruált képe Forrás: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Rizzo et al.

Nem volt annyira kaotikus hely a korai univerzum

A váratlan felfedezés arra utal, hogy a korai univerzum talán mégsem annyira kaotikus, mint azt korábban gondoltuk, miközben számos kérdést felvet azzal kapcsolatban, hogy az ősrobbanást követően ilyen rövid idő alatt hogyan alakulhatott ki egy ennyire rendezett galaxis.

Az ALMA-felfedezés azt a májusi bejelentést követi, amely szerint hasonló távolságban már észleltek nagy tömegű forgó galaxiskorongot.

A gravitációslencse-hatásnak köszönhetően azonban az SPT0418-47 képe sokkal részletesebb, és a korongon kívül központi dudor is látszik benne, így sokkal jobban hasonlít a mai Tejútrendszerre, mint az említett korábbi felfedezés.

A közeljövő vizsgálatai – beleértve az ESO Rendkívül Nagy Távcsövének (Extremely Large Telescope, ELT) megfigyeléseit is – feltárhatják, hogy ezek a bébigalaxisok mennyire tipikusak valójában, és tényleg a vártnál kevésbé kaotikusak-e, új távlatokat nyitva ezzel a galaxisok fejlődésének kutatásában.

(ESO)