Një zbulim i fundit nga Teleskopi Hapësinor James Webb (JWST) i NASA-s konfirmoi se objektet shumë të ndritshme dhe të kuqe të zbuluara më parë në universin e hershëm ndryshojnë mendimin konvencional për origjinën dhe evolucionin e galaktikave dhe vrimave të tyre supermasive të zeza.
Një ekip ndërkombëtar, i udhëhequr nga studiuesit e Penn State, duke përdorur instrumentin NIRSpec në bordin e JWST si pjesë e anketës RUBIES, identifikoi tre objekte misterioze në universin e hershëm, rreth 600-800 milionë vjet pas Big Bengut, kur universi ishte vetëm 5% e moshës së tij aktuale. Ata shpallën zbulimin sot më 27 qershor në Astrophysical Journal Letters.
Ekipi studioi matjet spektrale, ose intensitetin e gjatësive të ndryshme të valëve të dritës të emetuara nga objektet. Analiza e tyre gjeti nënshkrime të yjeve “të vjetër”, qindra miliona vjet të vjetër, shumë më të vjetër se sa pritej në një univers të ri.
Studiuesit thanë gjithashtu se u habitën të zbulonin nënshkrime të vrimave të mëdha supermasive të zeza në të njëjtat objekte, duke vlerësuar se ato janë 100 deri në 1,000 herë më masive se vrima supermasive e zezë në Rrugën e Qumështit. Asnjëra prej këtyre nuk pritet në modelet aktuale të rritjes së galaktikave dhe formimit të vrimave të zeza supermasive, të cilat presin që galaktikat dhe vrimat e tyre të zeza të rriten së bashku gjatë miliarda viteve të historisë kozmike.
“Ne kemi konfirmuar që këto duket se janë të mbushura me yje të lashtë—qindra miliona vjet të vjetër—në një univers që është vetëm 600-800 milionë vjet i vjetër. Për fat të mirë, këto objekte mbajnë rekordin për nënshkrimet më të hershme të dritës së yjeve të vjetër,” tha Bingjie Wang, një studiues pasdoktoral në Penn State dhe autor kryesor i artikullit.
“Ishte plotësisht e papritur të gjeje yje të vjetër në një univers shumë të ri. Modelet standarde të kozmologjisë dhe formimit të galaktikave kanë qenë jashtëzakonisht të suksesshme, megjithatë, këto objekte të ndritshme nuk përshtaten mirë në ato teori.”
Studiuesit i panë për herë të parë objektet masive në korrik të vitit 2022, kur dataset-i fillestar u lirua nga JWST. Ekipi publikoi një artikull në Nature disa muaj më vonë duke shpallur ekzistencën e objekteve.
Në atë kohë, studiuesit dyshonin se objektet ishin galaktika, por e ndjekën analizën e tyre duke marrë spektre për të kuptuar më mirë distancat e vërteta të objekteve, si dhe burimet që fuqizonin dritën e tyre të madhe.
Studiuesit pastaj përdorën të dhënat e reja për të krijuar një pamje më të qartë të asaj se si dukeshin galaktikat dhe çfarë kishte brenda tyre. Jo vetëm që ekipi konfirmoi se objektet ishin vërtet galaktika pranë fillimit të kohës, por ata gjithashtu gjetën dëshmi të vrimave supermasive të zeza të papritur dhe një popullatë të papritur të vjetër yjesh.
“Është shumë konfuze,” tha Joel Leja, asistent profesor i astronomisë dhe astrofizikës në Penn State dhe bashkautor në të dyja artikujt. “Mund ta bësh këtë të përshtatet në modelin tonë aktual të universit, por vetëm nëse evokojnë një formim ekzotik, jashtëzakonisht të shpejtë në fillim të kohës. Kjo është, pa dyshim, grupi më i çuditshëm dhe interesant i objekteve që kam parë në karrierën time.”
JWST është i pajisur me instrumente të ndjeshme ndaj rrezatimit infra të kuq që janë në gjendje të zbulojnë dritën që është emetuar nga yjet dhe galaktikat më të lashta. Në thelb, teleskopi i lejon shkencëtarët të shohin prapa në kohë rreth 13.5 miliardë vjet, pranë fillimit të universit siç e njohim, tha Leja.
Një sfidë për analizimin e dritës së lashtë është se mund të jetë e vështirë të dallosh midis llojeve të objekteve që mund të kenë emetuar dritën. Në rastin e këtyre objekteve të hershme, ato kanë karakteristika të qarta të të dyjave, vrimave supermasive të zeza dhe yjeve të vjetër.
Megjithatë, Wang shpjegoi, ende nuk është e qartë se sa nga drita e vëzhguar vjen nga secila—do të thotë se këto mund të jenë galaktika të hershme që janë papritmas të vjetra dhe më masive edhe se Rruga jonë e Qumështit, të formuara shumë më herët se modelet parashikojnë, ose ato mund të jenë galaktika me masë normale me vrima të zeza “overmasive”, afërsisht 100 deri në 1,000 herë më masive se sa një galaktikë e tillë do të kishte sot.
“Dallimi midis dritës nga materiali që bie në një vrimë të zezë dhe dritës së emetuar nga yjet në këto objekte të vogla dhe të largëta është sfidues,” tha Wang. “Ajo paaftësi për të dalluar ndryshimin në dataset-in aktual lë hapësirë të madhe për interpretimin e këtyre objekteve intriguese. Sinqerisht, është emocionuese të kesh kaq shumë nga kjo mister për të kuptuar.”
Përveç masës dhe moshës së tyre të pashpjegueshme, nëse pjesë e dritës është me të vërtetë nga vrimat supermasive të zeza, atëherë ato gjithashtu nuk janë vrima normale supermasive të zeza. Ato prodhojnë shumë më shumë fotone ultravjollcë se sa pritej, dhe objekte të ngjashme të studiuara me instrumente të tjera mungojnë në nënshkrimet karakteristike të vrimave supermasive të zeza, të tilla si pluhuri i nxehtë dhe emetimi i ndritshëm i rrezeve X. Por ndoshta gjëja më befasuese, thanë studiuesit, është sa masive duken të jenë.
“Normalisht vrimat supermasive të zeza janë të çiftuara me galaktika,” tha Leja. “Ato rriten së bashku dhe kalojnë të gjitha përvojat kryesore të jetës së tyre së bashku. Por këtu, kemi një vrimë të zezë plotësisht të formuar që jeton brenda asaj që duhet të jetë një galaktikë foshnje. Kjo nuk ka kuptim, sepse këto gjëra duhet të rriten së bashku, ose të paktën kështu mendonim.”
Studiuesit gjithashtu ishin të habitur nga madhësitë jashtëzakonisht të vogla të këtyre sistemeve, vetëm disa qindra vite dritë në gjithë, afërsisht 1,000 herë më të vogla se Rruga jonë e Qumështit. Yjet janë afërsisht po aq të shumtë sa në galaktikën ton
ë Rruga e Qumështit—me diku midis 10 miliardë dhe 1 trilion yje—por të përfshira brenda një vëllimi 1,000 herë më të vogël se Rruga e Qumështit.
Leja shpjegoi se nëse do të merrje Rrugën e Qumështit dhe ta kompresoje në madhësinë e galaktikave që ata gjetën, ylli më i afërt do të ishte pothuajse në sistemin tonë diellor. Vrima supermasive e zezë në qendër të Rrugës së Qumështit, rreth 26,000 vite dritë larg, do të ishte vetëm rreth 26 vite dritë larg nga Toka dhe e dukshme në qiell si një shtyllë e madhe drite.
“Këto galaktika të hershme do të ishin aq të dendura me yje—yje që duhet të jenë formuar në një mënyrë që nuk e kemi parë kurrë, në kushte që nuk do të prisnim kurrë gjatë një periudhe në të cilën nuk do të prisnim t’i shihnim,” tha Leja. “Dhe për çfarëdo arsyeje, universi ndaloi së bëri objekte si këto pas vetëm disa miliarda vitesh. Ato janë unike për universin e hershëm.”
Studiuesit shpresojnë të ndjekin me më shumë vëzhgime, të cilat thanë se mund të ndihmojnë në shpjegimin e disa prej mistereve të objekteve. Ata planifikojnë të marrin spektre më të thella duke drejtuar teleskopin drejt objekteve për periudha të gjata kohe, gjë që do të ndihmojë në dallimin e emetimit nga yjet dhe vrima e zezë potenciale supermasive duke identifikuar nënshkrimet specifike të thithjes që do të ishin të pranishme në secilën.
“Ka një mënyrë tjetër që mund të kemi një përparim, dhe kjo është ideja e duhur,” tha Leja. “Kemi të gjitha këto pjesë të enigmës dhe ato vetëm përshtaten nëse injorojmë faktin që disa prej tyre po thyhen. Ky problem është i përballueshëm për një shpërthim gjeniu që deri tani na ka shpëtuar, të gjithë bashkëpunëtorëve tanë dhe të gjithë komunitetit shkencor.”
More information: Bingjie 冰洁 Wang 王 et al, RUBIES: Evolved Stellar Populations with Extended Formation Histories at z ∼ 7–8 in Candidate Massive Galaxies Identified with JWST/NIRSpec, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad55f7 Journal information: Astrophysical Journal Letters , Nature
