Ovo je bilo brzo! U članku prezentiranom 8. lipnja u objavi https://www.facebook.com/.../4910.../posts/6292574704165649/ se još uvijek samo pretpostavljalo da su prve zvijezde i galaktike zaslužne za čuvenu reionizaciju vodika u svemiru. U njemu su opisane neke uvjerljive indicije koje toj pretpostavci idu u prilog, a evo sada se - u novom članku s NASA-inog sajta Svemirskog teleskopa James Webb i tri znanstvena rada na koja se on oslanja - decidirano tvrdi da prve zvijezde i galaktike JESU zaslužne za oprozirenje svemira, proces okončan prije cca 12,8 milijardi godina. Takvo što je zbilja rijetkost. Većina ovakvih članaka završi konstatacijom da će biti potrebna dodatna promatranja kako bi se dokučilo ovo ili ono, a ovdje se kaže da će isti tim istina provesti još pet sličnih opservacija, ali da se već nakon ove prve može reći da je cilj programa ostvaren. I to kakav cilj! Jedna od ključnih kozmoloških zagonetki je razriješena!

Prva slika je smanjena NIRCam-ina fotografija o kojoj je riječ u članku. Druga slika je mozaik od niza detalja izvađenih iz nje, danih u punoj veličini. Gore desno je kvazar koji je u ovom istraživanju imao glavnu ulogu. Treća slika je izbor malih dalekih galaktika o kojima je riječ u članku. Sličice su izvađene iz velikog NIRCam-inog kompozita. Posljednja slika je ne osobito deskriptivna ilustracija onoga što piše ovdje ispod.

Webb dokazuje da su galaktike bile te koje su preobrazile rani svemir

Na ovoj je slici zabilježeno više od 20 tisuća galaktika. Taj djelić neba koji je promatran NASA-inim Svemirskim teleskopom James Webb se nalazi između zviježđa Riba i Andromede. (Nalazi se u Ribama, blizu zvijezde Tau Riba. Prim. prev.)

Istraživači koji su se poslužili Webbom, u svojim su se promatranjima oslonili na kvazar J0100+2802, jednu aktivnu supermasivnu crnu jamu koja djeluje kao svemirski svjetionik. Vidimo ga u središtu Webbove fotografije: malen je i ružičast, sa šest upadljivih difrakcijskih šiljaka. (Kao i uvijek kada su posrijedi Webbove fotografije, šiljaka ima osam. J0100+2802 ima crveni pomak od z = 6,3, što odgovara udaljenosti ("lookback time") od oko 13 milijardi svjetlosnih (ili običnih) godina. Prim. prev.)

Kvazari su toliko sjajni da djeluju kao reflektori i obasjavaju plin između njih i nas. Iako je očekivao da bi ih mogao pronaći tek nekoliko desetaka, ovaj tim znanstvenika je vidio i analizirao čak 117 galaktika koje su sve postojale približno 900 milijuna godina nakon velikog praska (, a koje se vide na ovoj slici), te se usredotočio na njih 59 koje leže između nas i kvazara. Istraživači su mogli proučiti ne samo same galaktike, već i osvijetljeni plin oko njih.

Te su galaktike izabrane za proučavanje jer su postojale neposredno prije kraja ere reionizacije, kada je svemir sadržavao nasumce raspoređene oblake plina, neke nepropusne za svjetlost (kratkih valnih duljina), a neke prozirne (tj. ionizirane). "Dok gledamo unatrag u samo srce reionizacije, možemo vidjeti jednu vrlo specifičnu promjenu", tumači Simon Lilly iz Saveznog tehničkog sveučilišta u Zürichu ("Eidgenössische Technische Hochschule Zürich" - ETH Zürich), koji je vodio ovo istraživanje. "Galaktike, koje sadrže na milijarde zvijezda, ioniziraju plin oko sebe i na taj mu način daju prozirnost."

Istraživači već dugo vremena tragaju za dokazima kojima bi protumačili što se događalo tijekom toga vremena, kada je svemir proživljavao dramatične promjene. Neposredno nakon velikog praska plin je u svemiru je bio nepojmljivo vruć i gust. U sljedećih nekoliko stotina milijuna godina, taj se plin ohladio. A onda se svemir opet zagrijao: plin u njemu se od vreline ionizirao i postao proziran! Taj proces je bio okončan oko milijardu godina nakon velikog praska. Webb je sada pokazao da su za to zaslužne svjetlost i toplina koje su emitirale zvijezde u galaktikama.

Rezultati ovog istraživanja konkretnije definiraju uvjete koji su postojali u tom specifičnom trenutku u povijesti svemira. "Ne samo da nam Webb jasno pokazuje da su ta prozirna područja postojala oko galaktika, već smo mi sada izmjerili i kolika su ona bila", tumači Daichi Kashino iz Sveučilišta Nagoye, prvi autor prvog znanstvenog rada koji opisuje ovo istraživanje. O tim prozirnim područjima se može razmišljati kao o balonima na topli zrak, unutar kojih su galaktike veličine zrna graška. Webb pokazuje da su reionizaciju pogonile te razmjerno sićušne galaktike, koje su bile u stanju raščistiti ogromni prostor oko sebe.

Webb je pokazao da su galaktike potpuno ionizirale plin u polumjeru od 2 milijuna svjetlosnih godina. To je usporedivo s razmakom koji dijeli Mliječni Put od njegove susjede Andromede. Tijekom sljedećih stotinu milijuna godina, mjehuri će nastaviti rasti i na koncu se međusobno spojiti, te na taj način cijeli svemir učiniti prozirnim!

Rezultate ovog istraživanja su objavili članovi EIGER-ovog ("Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization") tima. Taj će tim na ovaj način fotografirati i spektralno analizirati ukupno šest polja, svako od njih s po jednim kvazarom u središtu, ali Webbova prva slika dobivena putem NIRCam-e i spektri objekata prikazanih na njoj su toliko detaljni da je već na osnovu njih bilo moguće doći do konačnog zaključka.

Dok je kvazarevo svjetlo putovalo prema nama kroz različite oblake plina, ono je ili bilo upijano neprozirnim plinom, ili je slobodno prolazilo kroz prozirni plin. Ove je revolucionarne rezutate bilo moguće ostvariti jedino udruživanjem Webbovih opservacija kvazara u sredini vidnog polja s podacima dobivenima u havajskoj Zvjezdarnici W. M. Keck, ESO-inim Vrlo velikim teleskopom i teleskopom Magellan zvjezdarnice Las Campanas. Potonja dva instrumenta su u Čileu. "Osvjetljavajući plin duž pravca gledanja, taj nam kvazar pruža obilje informacija o sastavu toga plina i stanju u kojemu se on nalazi", pojašnjava Anna-Christina Eilers iz Massachusettskog tehnološkog instituta u Baltimoreu, prva autorica drugog znanstvenog rada kojega je objavio isti istraživački tim.

Znanstvenici su potom uporabili Webba kako bi njime identificirali galaktike blizu istog pravca gledanja: pokazalo se da su te galaktike općenito okružene prozirnim područjima s polumjerima od oko 2 milijuna svjetlosnih godina. Drugim riječima, Webb je zatekao te galaktike u procesu raščišćavanja okolnog prostora, pred kraj ere reionizacije.

Kako te galaktike izgledaju? "Kaotičnije su od ovih koje vidimo u okolnom svemiru", tumači Jorryt Matthee, također iz ETH Zürich, prvi autor trećeg znanstvenog rada istog tima. "Webb pokazuje da su u njima ubrzano nastajale nove zvijezde i da su u njima zasigurno učestalo eksplodirale supernove. Bile su prilično nestašne! Na Webbovoj slici snimljenoj u bliskoinfracrvenom području, možemo vidjeti strukture u svakoj pojedinačnoj galaktici koju je teleskop uočio."

Eilers je usput iskoristila Webbove podatke da potvrdi da je crna jama u kvazaru u središtu ovog vidnog polja najmasivnija u ranom svemiru za koju znamo u ovom trenutku. Masa joj je 10 milijardi puta veća od Sunčeve. "Još uvijek ne možemo objasniti kako su kvazari uspjeli narasti toliko veliki u tako kratkom vremenu koje je poroteklo od velikog praska", kaže one. "Eto još jedne zagonetke koju treba razriješiti!"

Izvanredne Webbove slike usto nisu pokazale nikakvih znaka pojačavanja svjetla iz kvazara gravitacijskom lećom, što potvrđuje da su izmjere mase konačne.

Lillyjev istraživački tim je ovim demonstrirao jedinstvenu moć udruživanja uobičajenih slika Webbove NIRCam-e s podacima koju daje isti taj instrument radeći u režimu širokutne "slitless" spektroskopije, kojom se odjednom može dobiti spektar svakog objekta u vidnom polju. Oni su na taj način Webba pretvorili u nešto što EIGER-ov tim zove "spektakularnim spektroskopskim strojem za crvene pomake".

Na NIRCam-inoj slici, plavom, zelenom i crvenom bojom su prikazane valne duljine od, redom, 1,15, 2,00 i 3,65 mikrona. Vidno polje na slici je široko 6 lučnih minuta i 40 lučnih sekunda. To je oko 21 posto prosječnog prividnog promjera Mjeseca. Sjever je u smjeru dolje lijevo, a istok u smjeru dolje desno.

NASA, ESA, CSA, Simon Lilly (ETH Zurich), Daichi Kashino (Nagoya University), Jorryt Matthee (ETH Zurich), Christina Eilers (MIT), Rob Simcoe (MIT), Rongmon Bordoloi (NCSU), Ruari Mackenzie (ETH Zurich) / Image Processing: Alyssa Pagan (STScI), Ruari Mackenzie (ETH Zurich) / Illustration: NASA, ESA, CSA, Joyce Kang (STScI) 

Velika slika (13345 X 9188; 122 MB): https://stsci-opo.org/STScI-01H1Q3YH16NTSXZX1NAYQVKWXV.png

Znanstveni radovi: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acc588, https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acc846 i 
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/acd776.

https://webbtelescope.org/.../news.../2023/news-2023-122

Preuzeto sa FB