a James Webb egy hatalmas galaxis születését figyeli
A galaxisok világában az ütközés egészen mást jelent, mint amit hétköznapi értelemben ütközésnek nevezünk. Amikor két galaxis találkozik, csillagaik többnyire sértetlenül haladnak el egymás mellett, mert a közöttük lévő távolság óriási. A galaxisok gravitációs tere, gáz- és porfelhői azonban kölcsönhatásba lépnek, szerkezetük eltorzul, csillagkeletkezési hullámok indulhatnak el, majd több százmillió év alatt az egész rendszer egyetlen nagyobb galaxissá rendeződhet. A James Webb-űrtávcső most ennek a folyamatnak egy különösen szélsőséges példáját találta meg: legalább hat nagy galaxis olvad össze szinte egyszerre, és az eredmény idővel az univerzum egyik legnagyobb galaxistípusává válhat.
A TGSSJ1530+1049 jelű rendszer fénye mintegy 12 milliárd évet utazott, mire elért bennünket. A vöröseltolódása körülbelül z=4, ami azt jelenti, hogy a galaxiscsoportot akkor látjuk, amikor az univerzum mindössze 1,8 milliárd éves volt. Mai kozmikus mércével ez rendkívül korai időszak. Éppen ezért érdekes, hogy már ekkor ennyire nagy tömegű galaxisok kerültek egymás közvetlen közelébe.
A felfedezés ráadásul nem a James Webb-bel kezdődött. A csillagászok rádiótávcsövekkel először egy aktív szupernagy tömegű fekete lyukra utaló rádiósugárzást észleltek ezen az égterületen. Amikor a Webb közeli infravörös kamerájával, a NIRCam műszerrel részletesebben megvizsgálták a forrást, kiderült, hogy nem egyetlen galaxist látnak. Legalább hat különálló galaxis zsúfolódik össze ugyanabban a kis térségben. A Webb infravörös érzékenysége különösen alkalmas az ilyen távoli objektumok vizsgálatára, mert a kozmikus tágulás az eredetileg rövidebb hullámhosszú fényüket az infravörös tartomány felé tolta el.
A méretek érzékeltetik igazán, mennyire különleges ez a rendszer. A hat galaxist tartalmazó terület mindössze néhány tízezer fényév átmérőjű, vagyis az egész galaktikus kavalkád kisebb térben helyezkedik el, mint a nagyjából 100 000 fényév átmérőjű Tejútrendszer. Ebbe a viszonylag kis térfogatba azonban már most több százmilliárd naptömegnyi csillag zsúfolódik. Ez olyan, mintha több nagyvárost próbálnánk egyetlen városközpont területére összepréselni. A galaxisok gravitációsan erősen zavarják egymást. Pályáik megváltoznak, csillagaik és sötétanyag-hálóik összekeverednek, gázfelhőik pedig összeütköznek és összenyomódnak. Ez utóbbi különösen fontos, mert a sűrűbbé váló hideg gázból új csillagok keletkezhetnek.
A TGSSJ1530+1049-ben ez már most rendkívüli ütemben zajlik. A kutatók számításai szerint a rendszer évente körülbelül 70–163 naptömegnyi gázt alakít új csillagokká. Összehasonlításként a Tejútrendszerben évente csak néhány naptömegnyi új csillag születik. Ebben a távoli rendszerben tehát olyan intenzív csillagkeletkezési időszak zajlik, amely rövid kozmikus idő alatt jelentősen tovább növelheti a kialakuló óriásgalaxis csillagtömegét.
A történet középpontjában azonban szó szerint is van valami más: egy aktív szupernagy tömegű fekete lyuk. A European VLBI Network és a brit e-MERLIN rádiótávcső-hálózat rendkívül nagy felbontású megfigyelései rádiólebenyeket és forró foltokat mutattak ki. Ezek annak jelei, hogy anyag zuhan a központi fekete lyuk környezetébe. A fekete lyuk körüli akkréciós korongban az anyag felhevül, miközben egy része nem jut át az eseményhorizonton, hanem a mágneses tér segítségével hatalmas sebességgel kilökődik a pólusok irányában, relativisztikus jeteket létrehozva. A kutatásban magyar részvétel is van: a rádiómegfigyelésekről Gabányi Krisztina, az Eötvös Loránd Tudományegyetem kutatója is beszámolt.
A jetek azonban még nem érnek el a hat galaxisból álló teljes rendszer méretéig. Ez arra utal, hogy az aktív fekete lyuk maga is viszonylag fiatal lehet: a központi motor már bekapcsolt, de kozmikus értelemben még nem volt sok ideje arra, hogy hatását nagy távolságokra kiterjessze. Így a csillagászok egy különösen értékes állapotot figyelhetnek meg: egyszerre követhetik egy óriásgalaxis felépülését és a közepén található szupernagy tömegű fekete lyuk növekedését. Ez azért fontos, mert a modern kozmológia egyik alapvető kérdése, hogyan alakultak ki ilyen gyorsan az univerzum legnagyobb galaxisai és fekete lyukai. A mai világegyetemben a legnagyobb galaxishalmazok központjában gyakran találunk elképesztően nagy elliptikus galaxisokat. Ezeket BCG-knek, vagyis Brightest Cluster Galaxyknak (legfényesebb elliptikus galaxisok) nevezik. Sok közülük több százmilliárd vagy akár billiónyi csillag tömegének megfelelő anyagot tartalmaz, és központjukban szupernagy tömegű fekete lyuk található.
TGSSJ1530+1049 valószínűleg egy ilyen rendszer őse lehet. A hat galaxis gyors egymásutánban olvadhat össze, miközben környezetükben további galaxisok és sötét anyag gyűlhet össze. A kutatók ezt a fejlődési környezetet protohalmaznak nevezik: egy olyan korai, még kialakuló struktúrának, amelyből később hatalmas galaxishalmaz fejlődhet. Amit tehát most látunk, az egy jóval nagyobb kozmikus szerkezet kialakulásának egyik korai fejezete.
A folyamat mögött a gravitáció és a sötét anyag áll. A korai univerzumban az anyag eloszlása nem volt teljesen egyenletes. A kissé sűrűbb területek gravitációjuk révén egyre több anyagot vonzottak magukhoz. Ezekben a régiókban előbb kisebb sötétanyag-hálók, majd galaxisok, galaxiscsoportok és végül galaxishalmazok jöttek létre. Ezt nevezzük a kozmikus szerkezet hierarchikus felépülésének: a nagy struktúrák kisebbek összeolvadásából és folyamatos anyagbefogásából növekednek.
TGSSJ1530+1049 ennek a folyamatnak szinte tankönyvi, mégis rendkívül ritka példája. Azért ennyire értékes, mert a Webb nem a folyamat végeredményét látja. Nem egy már kialakult, nyugodt óriásgalaxist figyelünk meg, amelynek múltját közvetett nyomokból kell rekonstruálni, hanem magát az építkezést látjuk.
A mellékelt képen ezért szerepel hat számozott objektum. Ezek a Webb által azonosított galaxisok, amelyek egy rendkívül kompakt térségben helyezkednek el. A két panel eltérő módon mutatja ugyanazt a területet, így a különböző hullámhosszakon megfigyelhető szerkezetek összevethetők. A központ közelében jelzett régió az aktív fekete lyukhoz kapcsolódó rádiós struktúrával hozható összefüggésbe. A Webb infravörös megfigyeléseit a rádiótávcsövek adataival kombinálva ezért jóval teljesebb képet kapunk arról, mi történik a rendszerben.
És mindennek van egy érdekes időbeli következménye is. Amit a képen látunk, már régen megtörtént. A fotonok 12 milliárd évvel ezelőtt indultak el felénk. Miközben a fényük átszelte a táguló univerzumot, ezek a galaxisok tovább mozogtak, kölcsönhatásba léptek és valószínűleg összeolvadtak. A Webb tehát nem azt mutatja meg, hogyan néz ki ma ez a rendszer, hanem egy 12 milliárd éves kozmikus felvételt tár elénk. Egy olyan korszakból érkezett hozzánk ez a fény, amikor a világegyetem jelenlegi életkorának még alig több mint tizedénél járt. És ezen a régi „fényképen” már ott van egy több százmilliárd naptömegnyi csillagot tartalmazó galaktikus rendszer, intenzív csillagkeletkezéssel és egy növekedő szupernagy tömegű fekete lyukkal a közepén.
Forrás: Space.com
