Universumi ajaloo skemaatiline diagramm, rõhutades reioniseerimist, mis toimub tõsiselt alles pärast esimeste tähtede ja galaktikate moodustumist. Enne tähtede või galaktikate moodustumist oli Universum täis valgust blokeerivaid neutraalseid aatomeid. Kui suurem osa maailmast saab alles pärast 550 miljoni aasta möödumist reioniseerimisest, siis mõned õnnelikud piirkonnad on enamasti varasematel aegadel taaslõikatud. Pildikrediit: SG Djorgovski jt, Caltech Digital Media Center.

5 üllatavat fakti universumi esimeste galaktikate kohta

Vaatamata sellele, et me pole neid kunagi näinud, on see, mida me juba teame.

“Äkki avanevad täiesti uued programmid, mida saate teha, mida te ei saanud kunagi varem teha. Teaduslikult oleks see suurepärane, see sobiks suurepäraselt ka rahvale, õpetajatele, õpilastele ja laiemale avalikkusele. " -Garth Illingworth

Üks tähelepanuväärsemaid fakte meie Universumi kohta on see, et see pole olnud olemas igavesti. Aine tükid ja klastrid, mida me näeme - planeedid, tähed, gaasipilved, galaktikad ja palju muud - kasvasid välja väiksematest mateeria bittidest, mis on aja jooksul gravitatsiooniliselt kasvanud ja sulandunud. Kui vaatame objekte suuremate ja suuremate vahemaade tagant, võtab neilt tulev valgus meie silmadesse jõudmiseks kauem aega, mis tähendab, et täna saabunud valgus eraldus miljoneid või isegi miljardeid aastaid tagasi. Kosmosele tagasi vaadates vaatame ka ajas tagasi. Mingil hetkel jõuame nii suure kauguseni, et tollal polnud ühtegi tähte ega galaktikaid. Ehkki nende kõige esimeste galaktikate vaatamiseks kulub James Webbi kosmoseteleskoobi abil, on viis üllatavat fakti, millest me juba teame, et nende kõigi kõige kaugemate objektide kohta peaks paika.

Protoplanetaarsed kettad, millega arvatakse koos moodustuvat kõik päikesesüsteemid, ühinevad aja jooksul planeetideks, nagu see illustratsioon näitab. Kui aga Universum koosneb ainult vesinikust ja heeliumist, võivad moodustuda ainult gaasilised planeedid, mitte kivised. Pildikrediit: NAOJ.

1.) Esimeste tähtede ja galaktikate hulgas pole ühtegi kivist planeeti. Kui moodustate molekulaarsest gaasipilvest tähti, võite täielikult loota, et see gaas killustub terveks tükiks tükke, mis kasvavad erineva kiirusega sõltuvalt sellest, kui suured need peavad olema ja mis nende läheduses veel on. Suurtest gaasipilvedest kasvavad erineva suurusega tähed ja planeedid, kuid isegi kõige väiksemad maailmad, mis esmakordselt moodustuvad, tehakse eranditult gaasist: vesinikust ja heeliumist. Ilma ühegi varasema tähepõlvkonnata pole raskemate elementide moodustamiseks tahkeid kehasid, nagu kivised planeedid või kuud. Võib tekkida väikesed gaasipallid, kuid kui need tähed süttivad, põlevad need universumi esimeste tuumapõlengute ioniseeriva kiirguse abil lihtsalt tähtedevahelisse ruumi.

Tänapäevase Linnuteega võrreldavaid galaktikaid on arvukalt, kuid Linnutee-taolised nooremad galaktikad on oma olemuselt väiksemad, sinisemad ja üldiselt gaasirikkamad kui need galaktikad, mida täna näeme. Kõigi esimeste galaktikate puhul võetakse see äärmusesse. Kujutise krediit: NASA ja ESA.

2.) Varasemad galaktikad on tänapäevaga võrreldes pisikesed. Kui Universumi esimesed neutraalsed aatomid moodustuvad, on nad juba nii kergelt kokku koondatud kindla suurusega üle- ja alajaotuspiirkondadesse. Need sisaldavad mõnesaja tuhande kuni mõne miljoni päikesemassi, moodustades neist esimeste täheparvede seemned. Võib-olla 50 kuni 200 miljoni aasta jooksul põhjustab gravitatsioon need esimesed gaasipilved kokku variseda ja moodustada esimesed tähed. Kui tähetükid hakkavad gravitatsiooniliselt sulanduma, toimub kiire tähtede moodustumine ja sel hetkel võime hakata ütlema, et oleme moodustanud Universumi esimesed galaktikad. Ehkki need võivad olla vaid väike osa Linnutee massist, võib-olla 0,001% nii massiivsed kui me, on need tegelikult omaette galaktikad, mis sisaldavad tähti, täheparve, planeete, gaasi, tolmu ja isegi tumeda aine halosid.

Hubble'i eXtreme'i sügavväli, meie praegune sügavaim vaade universumile, mis paljastab galaktikaid ajast, mil universum oli praeguses vanuses vaid 3–4%. See on aga Hubble'i jõudmise absoluutne piir; rohkem aega jälgides ilmnevad õhemad galaktikad, kuid mitte kaugemad. Kujutise krediit: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee ja P. Oesch, California ülikool, Santa Cruz; R. Bouwens, Leideni ülikool; ja HUDF09 meeskond.

3.) Isegi kui Hubble vaataks igaveseks kaugemat universumit, ei näeks ta neid kunagi esimesi galaktikaid. Valgus, mida need galaktikad kiirgavad, peaks olema sarnane äsja tähti moodustavate galaktikate kiirgatava valgusega. Kui galaktika esmakordselt moodustub, peaks see olema täis kuumaid, eredaid, lühikese elueaga siniseid tähti, mis domineerivad kõigi teiste heleduses. Kuid erinevalt lähedalasuvatest galaktikatest nõuab nende varaseimatest valgust meie silma jõudmiseks tohutut kosmilist teekonda - meie vaatevinklist kulub üle 13 miljardi aasta. Selle aja jooksul laieneb Universum, põhjustades selle algselt ultraviolettvalguse lainepikkuse punanihke läbi nähtava, läbi lähi-infrapuna ja spektri keskmise infrapuna osa. Isegi kui Hubble, mis suudab valgust üsna kaugele infrapunakiirgusse vaadata, vaataks taevast igavesti, ei suudaks see kunagi galaktikaid tuvastada punasuunas 15-25-ni, kus eeldatavasti asuvad esimesed. Selleks vajame James Webbit.

Tarantula udus suure magelani pilves asuvas klastris RMC 136 (R136) asuvad kõige massiivsemad tuntud tähed. R136a1, mis on neist kõigist suurim, on Päikese massist üle 250 korra. Pildikrediit: Euroopa Lõunavaatluskeskus / P. Crowther / CJ Evans.

4.) Universumi kõige massiivsemad tähed eksisteerisid ainult neil kõige varem. Täna, kui vaatame sügavalt ultramassiivset tähte moodustavas piirkonnas, on oodata kõigi kõige heledamate, helendavate ja massiivseimate tähtede leidmist. Meie kohaliku rühma suurim, Linnutee satelliidigalaktikas asuv Tarantula udukogu (ülal) sisaldab sadu tuhandeid päikesemassi väärtuses materjali koos kõige massiivsema tuntud tähega: R136a1. Meie Päikese massi järgi umbes 260-kordne mass on kõige massiivsem täht, mis eales avastatud. Kuid see on koormatud ka perioodilise tabeli kõrgele tõusvate elementidega, sarnaselt meie enda Päikesega, mis pärsib massiivsete tähtede esialgset kasvu. Kuna need olid valmistatud ainult põlisest vesinikust ja heeliumist, puudus kõige esimestel tähtedel see allasurumine ja nad suutsid kasvada veelgi suuremaks massiks. Kui suureks nad said? 500 korda massiivsem kui Päike? 1000 korda? 2000 korda? Väikese õnnega õpetab James Webb meile vastuse.

Galaktika supermassiivse musta augu tekitatud võimsate magnetväljade ümber keerlevate elektronide kiirgatud millimeetri lainepikkuse valguse neeldumine viib selle galaktika keskpunkti pimedasse kohta. Vari näitab, et musta auku sajab molekulaarse gaasi külmasid pilvi. Selliseid ülikergeid mustaid auke või vähemalt nende seemneid tuleks leida Universumi esimestest galaktikatest. Kujutise krediit: NASA / ESA & Hubble (sinine), ALMA (punane).

5.) Esimesed ülimaitsvad mustad augud peaksid nende esimeste galaktikate sees olemas olema juba peaaegu nende sündimise hetkest. Paradoksaalsel kombel on seda massiivsem täht, mida lühem on selle eluiga. Kõige massiivsemad tähed kõigist elavad vaid mõni miljon aastat enne supernoovasse minekut või vahetut kokkuvarisemist; mõlemal juhul tekitavad nad massiivseid mustaid auke. Need mustad augud rändavad kiiresti galaktikate keskmesse, kus nad sulanduvad ja eraldavad ainet, saades tänapäeval nähtavate supermassiivsete mustade aukude seemneteks. Need varaseimad galaktikad, isegi siis, kui nad esimest korda nähtavaks saavad, võivad sisaldada musti auke sadu tuhandeid või isegi miljoneid kordi massiivsemaid kui meie Päike, võrreldavad nelja miljoni päikesega massiga, mis on Linnutee keskuses. Need objektid peavad seal olema ja James Webb lihtsalt võib meile näidata, kui massiivsed nad tegelikult on.

Universumi suuremahuline struktuur muutub aja jooksul, kui pisikesed ebatäiused kasvavad esimeste tähtede ja galaktikate moodustamiseks, ning seejärel ühinevad suureks, moodsaks galaktikaks, mida me täna näeme. Suurte vahemaade vaatamine paljastab noorema universumi, sarnaselt sellega, kuidas meie kohalik piirkond varem oli. Pildikrediit: Chris Blake ja Sam Moorfield.

Need ülimagavad, eriti noored ja üliväikesed galaktikad ei jää nii kauaks, pidage meeles. Mingil ajal ammu ei olnud iga lähedal olev galaktika, mida me täna näeme, nii väga erinev nendest esimestest, mille avastame juba veidi rohkem kui aasta pärast, kui James Webb käivitab ja juurutab. Esimesed, kes moodustasid, on gravitatsiooniliselt kõige kiiremini kasvanud ja nii et aja jooksul, kui nad on 13,8 miljardit aastat vanad, on nad meelitanud üha enam ainet ja nad on tõenäoliselt oma rühmadesse ja klastritesse hiiglaslikud spiraalid või ellipsid, nagu me oleme. Kuid praegu ei saa me mingil moel teada, milline oli meie enda Linnutee minevik. Lõppude lõpuks on Universumi suur kuritegu see, et näeme seda ainult täna, ühel kindlal ajahetkel. Vaatamata toimunu kogu kosmilisele ajaloole, kui räägime sellest, kus praegu oleme, on ainsad asjad, mida me teame, ellujäänud.

Starts With A Bang on nüüd Forbesil ja tänu meie Patreoni toetajatele uuesti keskkonnas avaldatud. Ethan on kirjutanud kaks raamatut "Beyond The Galaxy" ja "Treknology: The Star of Treki teadus Tricordersist Warp Drive'i".