Sciencemag.cz
Doporučujeme
Raný vesmír nemusel být natolik chaotický, jak jsme se dosud domnívali.
Astronomům využívajícím radioteleskop ALMA, jehož evropským partnerem je ESO, se podařilo odhalit extrémně dalekou galaxii, která je překvapivě podobná naší Galaxii, Mléčné dráze. Je natolik vzdálená, že jejímu světlu trvalo více než 12 miliard let, než k nám doputovalo. Vidíme ji tedy tak, jak vypadala v době, kdy byl vesmír pouze 1,4 miliardy let starý. Galaxie je překvapivě uspořádaná, což je v rozporu s teoriemi, které říkají, že v mladém vesmíru panovaly v galaxiích divoké a nestabilní podmínky. Tento nečekaný objev představuje výzvu pro naše chápání vzniku galaxií a nabízí nový pohled na minulost celého vesmíru.
„Je to průlomový výsledek v oboru zabývajícím se formováním galaxií. Ukazuje, že struktury, které pozorujeme u blízkých spirálních galaxií nebo u naší Galaxie, existovaly již před dvanácti miliardami let“, říká Francesca Rizzo (PhD studentka, Max Planck Institute for Astrophysics, Německo), vedoucí výzkumu, který byl prezentován v prestižním vědeckém časopise Nature. I když galaxie s označením SPT0418-47, kterou vědci zkoumali, pravděpodobně nemá spirální ramena, obsahuje dvě struktury typické pro Mléčnou dráhu – rotující disk a galaktickou výduť (bulge, mohutný a hustý útvar tvořený hvězdami a gravitačně pevně vázaný kolem samotného centra). V takto ranné fázi vývoje vesmíru se výduť galaxie podařilo zaznamenat vůbec poprvé, proto je SPT0418-47 považována za nejvzdálenější identifikovanou galaxii podobnou té naší.
„Velkým překvapením pro nás bylo, když jsme zjistili, že se tato galaxie docela podobá těm, které známe z blízkého vesmíru, což je přesný opak toho, co jsme očekávali na základě modelů a předchozích, méně detailních pozorování,“ říká spoluautor práce Filippo Fraternali (Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Nizozemí). V raném vesmíru byly mladé galaxie stále ve fázi formování, vědci proto předpokládali, že se bude jednat spíše o chaotické útvary bez nápadných velkých struktur typických pro vyvinuté galaxie, jako je Mléčná dráha.
Výzkum dalekých galaxií jako SPT0418-47 je stěžejní pro naše chápání jejich formování a vývoje. SPT0418-47 je natolik vzdálená, že ji pozorujeme tak, jak vypadala v době, kdy stáří vesmíru bylo jen 10 % současné hodnoty. Jejímu světlu trvalo plných 12 miliard let, než dorazilo k nám. Při jejím zkoumání se vlastně díváme zpět v čase do období, kdy tyto nedávno zrozené galaxie byly na počátku svého vývoje.
Obrovská vzdálenost těchto galaxií znamená, že jejich detailní pozorování dokonce i pomocí těch nejvýkonnějších teleskopů je prakticky nemožné – stále vypadají malé a slabé. Členům týmu se podařilo tuto překážku překonat pomocí efektu přírodní gravitační čočky. Gravitace mezilehlé galaxie zakřivila paprsky přicházející ze vzdálenějšího objektu a posloužila jako speciální lupa – obraz je jasnější, ale zdeformovaný. Díky tomuto efektu a pomocí radioteleskopu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) se vědci mohli podívat do vzdálené minulosti v dosud nedostižných detailech.
Vzhledem k téměř dokonalému uspořádání v přímce (s mezilehlou galaxií a Zemí) vypadá vzdálená galaxie SPT0418-47 zobrazená gravitační čočkou na záběru jako úplný kruh. Na základě dat pořízených pomocí radioteleskopu ALMA a nových technik počítačového modelování se členům výzkumného týmu podařilo jednak zrekonstruovat skutečný tvar galaxie, ale také získat informace o pohybu plynu v ní. „Když jsem poprvé uviděla rekonstruovaný obraz SPT0418-47, nemohla jsem tomu uvěřit. Bylo to, jako bych otevřela pokladnici,“ říká Francesca Rizzo
„Co jsme našli je poněkud matoucí. Vysoká rychlost formování nových hvězd dělá z této galaxie místo s probíhajícími dynamickými procesy, přesto je SPT0418-47 nejuspořádanějším galaktickým diskem, jaký jsme kdy v raném vesmíru pozorovali,“ podivuje se spoluautorka práce Simona Vegetti (Max Planck Institute for Astrophysics). „Je to docela neočekávaný výsledek a má zásadní implikace pro naše chápání galaktického vývoje.“ Astronomové však upozorňují, že i když SPT0418-47 má disk a další struktury podobné těm, jaké vidíme dnes u Mléčné dráhy, očekávají, že se vyvinula do podoby výrazně odlišné od naší Galaxie. Patrně se z ní stala eliptická galaxie, jeden z typů galaxií, které společně se spirálními galaxiemi obývají současný vesmír.
Neočekávaný objev naznačuje, že raný vesmír nemusel být natolik chaotický, jak jsme se dosud domnívali. Vyvstává však řada otázek včetně té, jak se mohla takto vysoce uspořádaná galaxie vytvořit krátce po velkém třesku. Nová zjištění získaná na základě pozorování pomocí ALMA přichází krátce poté, co byl v květnu letošního roku oznámen objev jiného hmotného rotujícího disku v podobné vzdálenosti. Galaxii SPT0418-47 však vidíme ještě detailněji, díky efektu gravitační čočky, kromě toho má nejen disk, ale také pozorovatelnou výduť, proto je naší Galaxii (tomu jak vypadá v současnosti) ještě podobnější.
Budoucí výzkumy mimo jiné s využitím budovaného dalekohledu ESO/ELT (Extremely Large Telescope) se pokusí odpovědět na otázku, jak typické ve skutečnosti jsou tyto mladé diskové galaxie a zda jsou opravdu daleko méně chaotické, než předpovídají naše teorie. Astronomům se tak otevírá zcela nová cesta k odhalení tajemství vývoje galaxií.
Další informace
Výzkum byl prezentována v článku “A dynamically cold disk galaxy in the early Universe”, který byl uveřejněn ve vědeckém časopise Nature (doi: 10.1038/s41586-020-2572-6).
