– Po raz pierwszy odkryliśmy galaktykę istniejącą zaledwie 325 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Możemy być absolutnie pewni, że światło pochodzi z właśnie tej fantastycznych odległości – mówi astronom Brant Robertson z University of California Santa Cruz. – Dostrzeżenie tak niezwykle wczesnych formacji na oszałamiająco pięknych zdjęciach wykonanych przez JWST jest wyjątkowym doświadczeniem – dodaje.

Galaktyka została odkryta w ramach programu JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) przez dr Emmę Curtis-Lake z brytyjskiego Uniwersytetu Hertfordshire oraz jej współpracowników. Astronomowie nadali obiektowi nazwę JADES-GS-z13-0. Jest to zarazem najdalsza znana nauce galaktyka. Szacuje się, że JADES znajduje się aż o 33 miliardy lat świetlnych od Ziemi.

Jak to możliwe, skoro od Wielkiego Wybuchu upłynęło dopiero niecałe 14 mld lat, a nic nie porusza się szybciej niż światło? Otóż Wszechświat w tym czasie rozszerzał się, „odpychając” od siebie galaktyki. Dlatego światło z JADES-GS-z13-0 podróżowało do nas przez ponad 13 mld lat, ale sama galaktyka jest teraz znacznie dalej.

Rekordowo stare galaktyki

Poprzednia najstarsza znana galaktyka została odkryta przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a w lipcu 2022 roku. Galaktyka ta, zwana GN-z11, pochodzi sprzed 400 milionów lat po narodzinach Wszechświata.

Wystarczył tydzień po ujawnieniu pierwszych kolorowych zdjęć GN-z11, by teleskop Webba pobił ten rekord i to od razu o prawie 100 milionów lat! Dane zebrane przez teleskop wskazały, że galaktyka GLASS-z13 powstała zaledwie 300 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Na tym nie koniec rekordów. W sierpniu JWST ponownie wywołał sensację. Ogłoszono wtedy odkrycie CEERS-93316 – kandydatki na galaktykę z okresu zaledwie 235 milionów lat od początku Wszechświata. Ale tutaj pojawia się problem, bo wiek GLASS-z13 ani CEERS-93316 nie został potwierdzony przez tzw. złoty standard pomiarów odległości w kosmosie. Bazuje on na spektroskopii, czyli analizie światła dobiegającego z obiektu.

Jak zmierzyć odległość dzielącą nas od galaktyki?

Za to najnowsze odkrycie, opublikowane na serwerze preprintów arXiv, wykorzystuje ten standard. Zgodnie z wynikami, sfotografowana przez Webba galaktyka JADES-GS-z13-0 istniała już 325 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Astronomowie określają odległość obiektów we Wszechświecie poprzez ich przesunięcie ku czerwieni. Jest to pomiar tego, w jaki sposób ekspansja Wszechświata rozciągnęła długości fal światła pochodzącego od odległych obiektów. Przypomina to efekt Dopplera, który najłatwiej wyjaśnić na przykładzie syreny karetki. Gdy ta jest blisko słuchacza, dźwięk jest wyższy, gdy się oddala – niższy.

W astronomii wyższe przesunięcia ku czerwieni oznaczają, że obiekt znajduje się dalej. Oznacza to, że długość fali światła została bardziej rozciągnięta przez ekspansję Wszechświata. GN-z11 ma przesunięcie ku czerwieni 10,957. Natomiast JADES-GS-z13-0 ma przesunięcie ku czerwieni 13,2.

Astronomowie mogą uzyskać dość dobre szacunki przesunięcia ku czerwieni, stosując określone filtry w kamerach. Nazywa się to fotometrią. To metoda zastosowana do oszacowania przesunięcia ku czerwieni zarówno GLASS-z13, jak i CEERS-93316. Ale fotometria nie jest najlepszym sposobem uzyskania dokładnego pomiaru przesunięcia ku czerwieni. Na przykład jeśli galaktyka ma dużą zawartość pyłu, może to sprawić, że obiekt będzie wyglądał na dalszy niż jest w rzeczywistości.

Złotym standardem jest spektroskopia. Ta metoda dzieli światło na części składowe. Astronomowie mogą następnie określić, które długości fal pochodzą od gwiazd w galaktyce, a które od pyłu. Zarówno JADES-GS-z13-0, jak i GN-z11 zostały przeanalizowane za pomocą spektroskopii.

W odkryciu pomogło urządzenie zbudowane przez ESA

Uzyskanie analizy spektroskopowej JADES-GS-z13-0 i innych bardzo odległych galaktyk jest możliwe dzięki potężnemu spektrometrowi bliskiej podczerwieni NIRSpec. Opracowała go Europejska Agencja Kosmiczna (ESA).

– Poszukiwanie „pierwszego światła” we Wszechświecie wymaga dużego, pracującego w ekstremalnym zimnie teleskopu kosmicznego i czułej kamery na podczerwień. To pozwala zidentyfikować obiekty, które mogą być słabymi galaktykami formującymi się zaledwie kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu – powiedział BBC starszy doradca naukowy ESA, prof. Mark McCaughrean.– Dzięki możliwości skutecznego badania setek celów jednocześnie, NIRSpec to kosmiczny magnes, pomagający wyciągnąć igłę ze stogu siana – dodaje naukowiec.

Źródła: EurekAlert, arXiv.