Doterajšie teórie o vzniku a vývoji galaxií vylučovali existenciu takých veľkých galaxií ako je Mliečna cesta alebo galaxia v Androméde v rannom vesmíre.
Vesmírny teleskop Jamesa Webba zrejme objavil šesť masívnych galaxií takmer na okraji pozorovateľného vesmíru. Objekty pochádzajú z obdobia, keď mal vesmír len 3 % svojho súčasného veku, a sú oveľa väčšie, ako sa predpokladalo, že by mohli byť galaxie tak skoro po veľkom tresku. Ak sa vek týchto galaxií potvrdí aj spektrom, bude to znamenať, že doposiaľ najuznávanejšie teórie o rannom vesmíre budú musieť byť úplne prepracované. Tieto objekty sú oveľa hmotnejšie, ako ktokoľvek očakával. Vedci očakávali, že v rannom vesmíre nájdu len malé, mladé, embriá galaxií, ale objavili galaxie tak vyspelé ako naša vlastná galaxia Mliečna cesta v období, ktoré bolo predtým považované za úsvit vesmíru.
Pozorovania pochádzajú z prvého súboru údajov zverejnených vesmírnym teleskopom JWST, ktorý je vybavený detektormi infračerveného žiarenia schopnými zachytiť svetlo vyžarované najstaršími hviezdami a galaxiami. Pri prezeraní snímok si vedci všimli niekoľko rozmazaných objektov, ktoré sa zdali byť nezvyčajne jasné a nezvyčajne červené. Pomocou vlnovej dĺžky sa v astronómii meria vek pozorovaného objektu, pretože vlnová dĺžka svetla sa pri svojom putovaní rozpínajúcim sa vesmírom rozťahuje alebo posúva do červena. Zdá sa, že tieto galaxie sú staré približne 13,5 miliardy rokov, čo znamená, že ich vidíme tak aké boli približne 500 až 700 miliónov rokov po veľkom tresku.
Neboli by to najstaršie galaxie pozorované Jamesom Webbom, ktorý bol vypustený v decembri 2021. Minulý rok vedci pozorovali štyri galaxie, ktoré sa datujú do obdobia približne 350 miliónov rokov po veľkom tresku, ale tie boli oveľa menšie. Výpočty naznačujú, že veľké galaxie, ktoré spomíname vyššie, obsahovali desiatky až stovky miliárd hviezd veľkosti Slnka, čo znamená, že sú veľkosťou porovnateľné z Mliečnou cestou.
Vysvetlenie existencie takýchto masívnych galaxií v takomto rannom vesmíre by si vyžadovalo, aby vedci prehodnotili buď niektoré základné pravidlá kozmológie, alebo chápanie toho, ako boli prvé galaxie sformované z malých oblakov hviezd a prachu.
Ukázalo sa, že vedci našli niečo také neočakávané, že to vlastne vytvára problémy pre vedu a spochybňuje to zaužívané teórie o vzniku raných galaxií. Existujúce modely predpokladajú, že po období prudkého rozpínania sa vesmír niekoľko stoviek miliónov rokov ochladzoval až kým sa plyn napokon gravitačne skoncentroval a zhustil sa natoľko, že to viedlo ku vzniku prvých hviezd, z ktorých začali vznikať galaxie. Toto obdobie bez hviezd sa nazýva “doby temna”.
„Objav takýchto masívnych galaxií tak skoro po veľkom tresku naznačuje, že temné doby možno predsa len neboli až také temné a že vesmír mohol byť zaplavený tvorbou hviezd oveľa skôr, ako si teoretici mysleli.
Na definitívne potvrdenie veku týchto galaxií bude potrebné získať ešte spektrum buď pomocou JWST alebo pomocou ALMA tak ako to je v prípade malých galaxií, ktorým sa venujeme nižšie.
ALMA potvrdila vek najvzdialenejšej galaxie 367 miliónov rokov
Nagojská univerzita a Japonské národné astronomické observatórium zmerali kozmický vek veľmi vzdialenej galaxie. Tím použil sústavu rádioteleskopov ALMA na detekciu rádiového signálu, ktorý k nám putoval približne 97 % veku vesmíru. Tento objav potvrdzuje existenciu galaxií vo veľmi ranom vesmíre, ktoré nasnímal JWST. Galaxia s názvom GHZ2/GLASS-z12 bola pôvodne identifikovaná na snímkach JWST, ktorý pozoroval vzdialený vesmír za masívnymi kopami galaxií. Tieto pozorovania pozostávajú z niekoľkých snímok s použitím rôznych širokopásmových farebných filtrov. V prípade vzdialených galaxií trvá tak dlho, kým sa k nám dostane svetlo, že rozpínanie vesmíru posunulo farbu tohto svetla smerom k červenému koncu spektra viditeľného svetla. Červená farba GHZ2/GLASS-z12 následne pomohla výskumníkom identifikovať ju ako jedného z najpresvedčivejších kandidátov na jednu z najvzdialenejších galaxií akú kedy pozorovali.
Počas prvých týždňov pozorovaní vesmírneho ďalekohľadu Jamesa Webba (JWST) bolo identifikovaných toľko jasných vzdialených galaxií, že to spochybnilo naše základné chápanie vzniku prvých galaxií. Avšak, červený posun len naznačuje, že by sa mohlo jednať o vzdialenú galaxiu, a namiesto toho by mohlo ísť o galaxiu s veľmi bohatým obsahom prachu, ktorý ju maskuje ako vzdialenejší objekt. Iba priame pozorovania spektrálnych čiar, ktoré sú prítomné v spektre svetla galaxie, ktoré sa používajú na identifikáciu prítomných prvkov, môžu spoľahlivo potvrdiť skutočné vzdialenosti týchto galaxií.
Hneď po objavení týchto ranných kandidátov na galaxie výskumníci z Nagojskej univerzity a Japonského národného astronomického observatória využili štyridsať rádioteleskopov ALMA. Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) je najväčšie observatórium na svete na pozorovanie v milimetrovom/submilimetrovom režime. ALMA pozostáva zo 66 vysoko presných parabolických antén s priemerom 12 metrov alebo 7 metrov, ktoré sú rozmiestnené vo vzdialenosti až 16 kilometrov. Je to medzinárodný projekt Európy, USA, Japonska a Čile.
ALMA sa zamerala na GHZ2/GLASS-z12 s cieľom pátrať po emisnej čiare spojenej s kyslíkom na očakávanej frekvencii, ktorú naznačili pozorovania JWST. Kyslík je vo vzdialených galaxiách typicky hojným prvkom vzhľadom na relatívne krátky čas potrebný na jeho vznik, a práve preto sa vedci rozhodli hľadať emisnú čiaru kyslíka.
Kombináciou signálu každého z 12-metrových teleskopov ALMA sa podarilo detegovať emisnú čiaru blízko polohy galaxie. Pozorovaný červený posun čiary naznačuje, že galaxiu vidíme takú, aká bola len 367 miliónov rokov po Veľkom tresku.
Prvé snímky vesmírneho teleskopu Jamesa Webba odhalili toľko mladých galaxií, že vedci ich chceli otestovať a potvrdiť aj pomocou najlepšieho observatória na Zemi – ALMA. Skutočnosť, že emisná čiara nevychádza priamo zo stredu galaxie vedcov najprv znepokojila, ale po preverení všetkých pozorovaní zistili, že sa jedná naozaj o správnu polohu blízko od danej galaxie. Jasná emisná čiara naznačuje, že táto galaxia rýchlo obohatila svoje zásoby plynu o prvky ťažšie ako vodík a hélium. To nám dáva určité indície o vzniku a vývoji prvej generácie hviezd a ich životnosti. Malá vzdialenosť, ktorú vidíme medzi emisiou kyslíkového plynu a hviezdami, môže tiež naznačovať, že tieto rané galaxie trpeli prudkými explóziami, ktoré odfúkli plyn z centra galaxie do jej okolia a dokonca aj ďalej.
