Det är ett objekt katalogiserat som MoM-z14, vars ljus började sin resa några 280 miljoner år efter Big Bang och det har tagit mer än 13.000 miljarder år att nå oss. Detta resultat, som har granskats av experter och kommer att publiceras i tidskriften Öppen tidskrift för astrofysik efter den första sändningen i arXiv, utgör en allvarlig utmaning för de teoretiska modeller som beskriver bildandet av de första galaxerna.
Den äldsta bekräftade galaxen: så här har avståndet mätts
Teamet lett av astrofysikern Rohan Naidu, från institutionen för astrofysik vid MIT och Kavliinstitutet för astrofysik och rymdforskning, har lyckats bekräfta att den inspelade signalen kommer från avlägsen källa verifierad med spektroskopiDenna teknik gör det möjligt att bryta ner ljus och mäta dess intensitet exakt. rödförskjutning, en nyckelparameter för att uppskatta kosmiskt avstånd.
När det gäller MoM-z14 når den uppmätta rödförskjutningen ett värde på z ≈ 14,44Det betyder att vi observerar galaxen i ett extremt tidigt skede av universum. Detta rekord överträffar det tidigare, som också sattes av James Webb-rymdteleskopet, och etablerar MoM-z14 som det nya riktmärket för att studera universum under dess första hundra miljoner år.
Naidu och hans team har tillgripit NIRSpecWebb-teleskopets nära-infraröda spektrograf användes för att få ett detaljerat spektrum av galaxen. Detta instrument går utöver enkla bilder, eftersom det inte bara "ser" objektet utan också avslöjar sammansättningen av dess ljus och därmed Vid vilken tidpunkt i kosmisk historia hittas den.
Som Naidu själv förklarar i uttalanden från NASA, med Webb "kan vi se längre än någonsin tidigare och vad som verkar Det liknar inte vad modellerna förutspådde.Denna skillnad mellan vad som observeras och vad som förutsägs har blivit en av de hetaste frågorna inom dagens kosmologi.
En liten skavank i bilderna, men en vetenskaplig jätte
Vid första anblicken uppfattas MoM-z14 endast som en liten gulaktig fläck på djupfältsbilderna från James Webb-rymdteleskopet. Bakom det oansenliga utseendet döljer sig dock en galax som bryter mot moderna förhållanden. Trots sin relativt kompakta storlek, dess Ljusstyrkan är extremt hög för en så tidig period.
Data tyder på att denna galax har en massa som är jämförbar med den hos Lilla magellanska molnetMoM-z14, en dvärggalax som kretsar kring Vintergatan, är känd för att ha observerats under en period av intensiv solaktivitet. mycket intensiv stjärnbildningvilket delvis skulle förklara dess höga ljusstyrka i infrarött.
För forskarsamhället är en av de mest relevanta punkterna i studien att MoM-z14 inte är ett isolerat fall, utan snarare ansluter sig till en växande uppsättning extremt ljusa galaxer som upptäcktes i början av 2000-talet. 500 miljoner år av universumEnligt teamets beräkningar kan några av dessa galaxer vara upp till 100 gånger ljusare vad de teoretiska modellerna förväntade sig.
Denna anmärkningsvärda skillnad mellan teori och observation har framhävts av Jacob Shen, en postdoktoral forskare vid MIT, som betonar att dessa resultat ”ökar Det här är mycket tankeväckande frågor som behöver utforskas i detalj. under de kommande åren.” Med andra ord verkar det tidiga universum ha varit mycket effektivare på att generera ljusa galaxer än man tidigare trott.
Särskild kemi: ett överskott av kväve som är svårt att förena
Utöver sitt rekordavstånd och sin ljusstyrka har MoM-z14 väckt uppmärksamhet för sin ovanlig kemisk sammansättningSpektroskopisk analys indikerar att den har en andel av kväve är särskilt högt jämfört med kol, ett mönster som inte stämmer överens med vad nuvarande modeller förutspår för en så ung galax.
Denna typ av kemisk signatur påminner om den som observerats i vissa forntida klotformiga stjärnhopar av Vintergatan, kluster av mycket gamla stjärnor som anses vara sanna "fossiler" från det tidiga universum. Sammanträffandet antyder ett möjligt samband mellan stjärnbildningsprocesser i de första galaxerna och de som satte sina spår i vår egen galax.
Naidu själv föreslår ett slags "kosmisk arkeologi": genom att studera mycket gamla stjärnor i Vintergatan Genom att jämföra dem med avlägsna galaxer som MoM-z14 kan astronomer bättre rekonstruera vad kemi i det tidiga universumDet som är slående är att, trots det enorma avståndet och den tid som förflutit, framträder liknande mönster av kväveanrikning.
Denna överflöd av kväve utgör ett allvarligt dilemma. Om MoM-z14 endast observeras 280 miljoner år efter Big BangDen tillgängliga tidsramen verkar för kort för att flera generationer av stjärnor ska ha kunnat leva och dö, vilket berikat galaxens gas till de nivåer som upptäckts. Kronologin passar helt enkelt inte in i standardmekanismer för stjärnutveckling.
För att försöka lösa detta gåta undersöker forskare hypotesen om existensen av supermassiva stjärnor i det tidiga universum. Dessa stjärnor, mycket större än de flesta av dagens stjärnor, kunde producera och avge kväve i mycket större mängder, vilket påskyndade processen för kemisk anrikning på mycket kort kosmisk tid.
Återjonisering och de första ljusa galaxernas roll
Studien av MoM-z14 är inte begränsad till dess kemi eller dess ljusstyrka, utan erbjuder värdefulla ledtrådar om en av de stora faserna i kosmos historia: era av återjoniseringDenna period markerar det ögonblick då ljuset från de första stjärnorna och galaxerna kunde jonisera det neutrala väte som fyllde universum, vilket rensade bort den ursprungliga "dimman" och tillät strålning att färdas fritt.
Det faktum att en så ljusstark och redan ganska utvecklad galax existerar så tidigt förstärker idén att De första källorna till intensivt ljus dök upp tidigare och i större antal. som förväntat. MoM-z14 blir därmed en viktig del i att spåra kronologin för denna process, mycket relevant för att förstå hur universum gick från att vara en mörk och ogenomskinlig plats till en som är transparent och full av strukturer.
För Europa, och i synnerhet för det spanska forskarsamhället, har den här typen av resultat en särskild inverkan, eftersom James Webb är en internationell mission med ESA-deltagande (Europeiska rymdorganisationen). Forskningsgrupper vid centra som Centrum för astrobiologi (CSIC-INTA)Europeiska universitet och observatorier förlitar sig på dessa data för att utveckla mer exakta modeller av det tidiga universum.
Fallet med MoM-z14 kopplar också till andra Webb-upptäckter relaterade till mycket avlägsna galaxer och förvånansvärt snabba supermassiva svarta hål. Nyligen publicerade nyheter inkluderar upptäckten av en galax med en struktur som liknar Vintergatan i mycket tidiga tider och identifieringen av äldsta kända supermassiva svarta håletDetta förstärker idén att bildandet av komplexa strukturer var snabbare än man tidigare trott.
Innan Webbs ankomst hölls avståndsrekordet av galaxen. GN-z11, upptäckt med Hubble rymdteleskop från NASA/ESA och belägna runt 400 miljoner år efter Big BangJames Webb har inte bara bekräftat den mätningen, utan har gått ännu längre och upptäckt en population av mycket ljusa galaxer under de första hundra miljoner åren, vilket tvingar fram en revidering av mycket av teorin.
En direkt utmaning mot nuvarande kosmologiska modeller
Resultaten från MoM-z14 har initialt spridits i arkivet arXiv och har godkänts för publicering i Öppen tidskrift för astrofysikDetta innebär att de har genomgått en peer review-process. Detta stärker mätningarnas tillförlitlighet och förstärker idén att James Webb överträffar förväntningarna vida. för vilket den var utformad.
I detta sammanhang har även europeiska experters röst varit avgörande. Astrofysikern Pascal Oesch, Av Genèves universitet och medutredare av projektet, betonar att även om avstånd kan uppskattas från bilderna, Spektroskopisk bekräftelse är avgörande för att vara säker på vad som observeras och vid vilket specifikt ögonblick i universums historia det befinner sig.
Ur ett kosmologiskt perspektiv antyder galaxklustret av typen MoM-z14 att modeller av strukturbildning De kan vara ofullständiga eller kräva betydande justeringar. Bland annat är det nödvändigt att granska hur de första massiva stjärnorna bildas så snabbt, vilken roll mörk materia spelar i dessa inledande processer och hur energin fördelas i gasen som ger upphov till nya generationer av stjärnor.
Forskare som Yijia Li, en doktorand vid Pennsylvania State University och en medlem av teamet, betonar att Webb avslöjar en mycket mer aktivt och komplext tidigt universum långt bortom vad man kunde föreställa sig för bara några år sedan. Varje ny observation av extrema rödförskjutningar lägger till bitar i ett pussel som för tillfället verkar mer trassligt än löst.
För den europeiska allmänheten, van vid att se rymden som något avlägset, har dessa framsteg också en teknologisk och strategisk dimension: en stor del av Webb-rymdteleskopets instrument, liksom dess vetenskapliga utnyttjande, är beroende av samarbete mellan ESA och NASADetta placerar europeiska forskningscentra, inklusive Spanien, i framkant när det gäller studiet av det tidiga universum.
Sammantaget bekräftelsen av MoM-z14 som den äldsta och mest avlägsna galaxen som observerats hittillsDess extraordinära ljusstyrka, dess ovanliga halt av kväve och dess roll i återjoniseringens era gör denna upptäckt till en viktig referenspunkt för modern kosmologi. Data som samlats in av James Webb-rymdteleskopet slår inte bara rekord utan tvingar oss också att ompröva hur och i vilken takt de första galaxerna, de första stjärnorna och slutligen de storskaliga strukturer som formar det universum vi känner idag, uppstod.