Χρησιμοποιώντας δύο τεράστια τηλεσκόπια – το ένα στη Γη και το άλλο στο διάστημα – επιστήμονες εντόπισαν οξυγόνο στον αρχαιότερο γνωστό γαλαξία, που δημιουργήθηκε μόλις 300 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang).
Ο γαλαξίας, που ανακαλύφθηκε με το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA το 2024, ονομάζεται JADES-GS-z14-0. Σε νέες παρατηρήσεις με τη συμμετοχή του τηλεσκοπίου ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) στη Χιλή, δύο ξεχωριστές ομάδες ερευνητών όχι μόνο μέτρησαν με ακρίβεια την απίστευτα μακρινή του απόσταση, αλλά επιβεβαίωσαν και σήματα που αφορούσαν την παρουσία οξυγόνου.
Το εύρημα έχει συγκλονίσει την επιστημονική κοινότητα, καθώς αμφισβητεί την επικρατούσα άποψη ότι οι γαλαξίες τόσο πολύ καιρό πριν – όταν το σύμπαν ήταν μόνο το 2% της ηλικίας του των 13,8 δισεκατομμυρίων ετών – δεν θα είχαν πολλά στοιχεία βαρύτερα από το υδρογόνο και το ήλιο. Πριν από το James Webb, άλλα διαστημικά τηλεσκόπια όπως το Hubble, και προσομοιώσεις σε υπολογιστές έδειχναν ότι το οξυγόνο, ο άνθρακας και το άζωτο δεν είχαν προκύψει για ίσως άλλα 200 έως 400 εκατομμύρια χρόνια.
Οι νέες μελέτες, που δημοσιεύονται στα περιοδικά Astronomy & Astrophysics και The Astrophysical Journal, δείχνουν ότι ο μακρινός γαλαξίας έχει περίπου 10 φορές περισσότερα βαρέα στοιχεία από ό,τι αναμενόταν, αναγκάζοντας τους επιστήμονες να επανεξετάσουν πώς οι πρώιμοι γαλαξίες θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί και εξελιχθεί τόσο γρήγορα.
«Πριν από την έλευση του James Webb, παρατηρούσαμε κυρίως “κοντινούς” γαλαξίες, οι οποίοι παρείχαν ένα στιγμιότυπο ενός εξελιγμένου Σύμπαντος», δήλωσε στο Mashable ο Stefano Carniani, ερευνητής στη Scuola Normale Superiore στην Ιταλία και επικεφαλής συγγραφέας μιας από τις μελέτες. «Η κατανόησή μας για το πρώιμο Σύμπαν βασιζόταν σε αυτές τις παρατηρήσεις και είχαμε υποθέσει ότι αυτό το σενάριο παρέμενε αμετάβλητο σε όλο τον κοσμικό χρόνο».
Η διαφορά που βλέπουν οι επιστήμονες μεταξύ του τρόπου με τον οποίο ωριμάζουν οι γαλαξίες τώρα σε σχέση με τότε είναι ότι το αέριο – το καύσιμο του σχηματισμού των άστρων – ρέει συνεχώς και ομαλά στους σύγχρονους γαλαξίες, επιτρέποντάς τους να αναπτύσσονται σταθερά για μεγάλες χρονικές περιόδους. Αλλά οι παρατηρήσεις αρχαίων γαλαξιών όπως ο JADES-GS-z14-0 δείχνουν ότι οι ροές του αερίου ήταν πολύ πιο χαοτικές. Αυτοί οι γαλαξίες μερικές φορές φαίνεται να έχουν συσσωρεύσει τεράστιες δεξαμενές αερίου. «Ακόμα και αν μόνο ένα μικρό ποσοστό μετατράπηκε σε αστέρια, η ταχεία ανάπτυξη και εξέλιξή τους ήταν αναπόφευκτη», δήλωσε ο Carniani.
Πώς εμφανίστηκε το οξυγόνο
Η επικρατέστερη θεωρία ήταν ότι τα πρώτα αστέρια – που έχουν ονομαστεί «Πληθυσμός ΙΙΙ» – σχηματίστηκαν στο πρώιμο σύμπαν, κυρίως πριν την ύπαρξη στοιχείων βαρύτερων από το ήλιο. Αυτά τα αρχικά αστέρια πιστεύεται ότι ήταν εξαιρετικά μεγάλα, φωτεινά και θερμά. Τελικά, θα είχαν καταστραφεί σε βίαιες εκρήξεις σουπερνόβα, εκτοξεύοντας νέους τύπους χημικών ουσιών.
Τα βαρύτερα στοιχεία σφυρηλατούνται στους πυρήνες των άστρων και διασκορπίζονται μετά την έκρηξή τους. Αυτές οι εκρήξεις θα τροφοδοτούσαν το σύμπαν με τα πρώτα βαρύτερα στοιχεία, αλλά οι αστρονόμοι πίστευαν ότι θα χρειάζονταν αρκετές γενιές άστρων προτού οι γαλαξίες γεμίσουν με αρκετό οξυγόνο και άλλα τέτοια στοιχεία ώστε να είναι ανιχνεύσιμα.
Μέχρι στιγμής το James Webb έχει αποκαλύψει ότι, στην πραγματικότητα, πολλοί φωτεινοί γαλαξίες υπήρχαν στην κοσμική αυγή, μια περίοδο μεταξύ 100 εκατομμυρίων ετών και 1 δισεκατομμυρίου ετών μετά τη Μεγάλη Έκρηξη. Ορισμένοι επιστήμονες έχουν διατυπώσει την άποψη ότι ίσως οι γαλαξίες αυτής της εποχής σχημάτιζαν αστέρια πιο αποτελεσματικά, αφήνοντας πίσω τους λίγο επιπλέον αέριο και σκόνη. Αν υπήρχε πολύ αέριο, ουσιαστικά θα αραιώνονταν αυτά τα βαρύτερα στοιχεία, με αποτέλεσμα να είναι δύσκολη η ανίχνευσή τους.
