Nově objevená nejprimitivnější galaxie odhaluje vznik prvních chemických prvků
Foto: © NASA, ESA, CSA & K. Nakajima a kol., Nature./Tiskový zdroj EurekAlert(Vklad) Tříbarevný kompozitní snímek galaxie LAP1-B v „rychlostním prostoru“, vytvořený z dat z přístroje JWST Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). Protože tato galaxie obsahuje velmi málo hvězd a je extrémně slabá, není na snímku ze standardní kamery na pozadí (NIRCam) viditelná. Vysoce citlivá spektroskopická pozorování však úspěšně zachytila slabé světlo (emisní čáry) emitované vodíkem a kyslíkem. V této vložce představuje vodorovná osa pohyb (rychlost) plynu, zatímco svislá osa ukazuje jeho prostorový rozsah a vizualizuje rozložení různých prvků (modrá: vodík Lyα; zelená: kyslík [OIII]; červená: vodík Hα). Pro vizuální přehlednost při porovnávání rozložení prvků je emise Lyα zobrazena s rychlostním posunem 200 km/s.
Astronomové poprvé sledují vznik prvních chemických prvků, propojují první galaxie s dnešními „kosmickými fosiliemi“ a získávají přímý pohled na dobu, kdy vesmír začal vytvářet materiál pro planety, oceány i život.
Tohle je jeden z nejzajímavějších objevů posledních let v oblasti raného vesmíru. Astronomové možná poprvé skutečně vidí „pradávného předka“ dnešních nejstarších galaxií.
Co je na galaxii LAP1-B tak výjimečné?
Galaxie LAP1-B vznikla jen asi 700 milionů let po Velkém třesku. Pomocí vesmírného dalekohledu Jamese Webba (JWST *1) a síly gravitační čočky (*2) ve vesmíru dosáhli astronomové definitivníodpověď, že LAP1-B je ultraslabá galaxie stará 13 miliard let. To znamená, že ji vidíme ve chvíli, kdy byl vesmír ještě velmi mladý. Největší šok přišel z její chemie. Galaxie obsahuje extrémně málo kyslíku. Jen asi 1/240 množství kyslíku ve Slunci, jde tedy o jednu z chemicky nejprimitivnějších galaxií, jaké kdy byly nalezené.
Je to důležité proto, že těžké prvky jako kyslík, uhlík nebo železo vznikají až uvnitř hvězd. Čím méně těchto prvků galaxie má, tím „bliže“ je prvním okamžikům vesmíru.
Proč je to téměř pohled na první hvězdy?
Astronomové dlouho hledají stopy tzv. hvězd populace III. Population III stars. Šlo o úplně první hvězdy po Velkém třesku, které vznikly jen z vodíku a helia, neobsahovaly žádné těžké prvky, byly pravděpodobně obrovské a krátkověké a svými explozemi poprvé „otrávily“ vesmír kyslíkem, uhlíkem a dalšími prvky.
Tyto hvězdy zatím nikdo přímo nepozoroval. Ale LAP1-B možná obsahuje jejich chemický podpis. Astronomové totiž našli neobvykle vysoký poměr uhlíku vůči kyslíku, což přesně odpovídá modelům explozí prvních hvězd.
Jinými slovy nejspíš sledujeme galaxii krátce poté, co v ní explodovala první generace hvězd ve vesmíru.
Jak astronomové mohli vůbec najít tak slabou galaxii?
Klíčovou roli sehrál Gravitational lensing. Masivní kupa galaxií mezi Zemí a LAP1-B doslova fungovala jako kosmická lupa. Ohnula světlo galaxie, zesílila ho asi stokrát a umožnila dalekohledu Jamese Webba galaxii detailně analyzovat. Bez gravitační čočky by byla LAP1-B téměř neviditelná.
Proč objev souvisí s „fosilními galaxiemi“ u Mléčné dráhy?
V okolí Mléčné dráhy dnes existují maličké galaxie nazývané Ultra-faint dwarf galaxies. Tyto objekty obsahují velmi staré hvězdy, mají minimum těžkých prvků, za 12–13 miliard let se téměř nezměnily.
Astronomové si dlouho mysleli, že jde o „zkameněliny“ prvních galaxií. Jenže chyběl přímý důkaz. A právě LAP1-B vypadá téměř přesně jako jejich dávný předek. To znamená, že některé první galaxie nebyly zničeny ani je nepohltily větší galaxie, ale přežily až do dneška téměř beze změny.
Fascinující detail: galaxie je téměř bez hvězd
Dalším překvapením je, že LAP1-B je extrémně lehká a její běžná hmota tvoří jen malou část celkové hmotnosti. Většinu pravděpodobně tvoří tzv. Dark matter.
To je velmi důležité pro pochopení toho, jak se dokázaly vytvořit vůbec první galaxie. Temná hmota nejspíš fungovala jako gravitační „kostra“, kolem níž se začal shromažďovat plyn a vznikaly první hvězdy.
Proč je to historický objev?
Studie je výjimečná tím, že nejde jen o nalezení vzdálené galaxie, ale o detailní chemickou analýzu objektu téměř z úsvitu kosmu.
Astronomové tak poprvé sledují vznik prvních chemických prvků, propojují první galaxie s dnešními „kosmickými fosiliemi“ a získávají přímý pohled na dobu, kdy vesmír začal vytvářet materiál pro planety, oceány i život.
V jistém smyslu, kyslík ve vašem těle může pocházet z procesů, které začaly právě v galaxiích podobných LAP1-B před 13 miliardami let.
Zdroj: autoři studie Mezinárodní tým vedený docentem Kimihiko Nakajimou z Kanazawské univerzity, https://www.eurekalert.org/news-releases/1128397