Astronomové využili radioteleskop ALMA k detekci značného množství prachu ve velmi vzdálené galaxii, kterou pozorujeme tak, jak vypadala krátce po svém vzniku – v období, kdy byl vesmír starý pouze 4 % současného věku..

Jedná se o zatím nejvzdálenější galaxii, ve které byl prach úspěšně detekován. Pozorování rovněž přineslo objev kyslíku v dosud největší vzdálenosti. Tyto výsledky poskytují zcela nový pohled na zrod a explozivní zánik prvních hvězd ve vesmíru.

Nicolas Laporte z londýnské univerzity a mezinárodní tým jeho kolegů využili radioteleskop ALMA ke sledování objektů s katalogovým označením A2744_YD4, což je nejmladší a nejvzdálenější galaxie, jaká byla dosud pozorována pomocí tohoto zařízení.

K jejich překvapení se jim podařilo odhalit, že tato mladinká galaxie obsahuje značné množství mezihvězdného prachu – částic, které vznikly v závěrečném stádiu vývoje hvězd.

Následná pozorování provedená pomocí přístroje X-shooter, který pracuje ve spojení s dalekohledem ESO/VLT (Very Large Telescope), potvrdila enormní vzdálenost sledovaného objektu. Galaxii vidíme tak, jak vypadala, když byl vesmír pouze 600 milionů let starý, tedy v období, kdy vznikaly první hvězdy a galaxie.

„A2744_YD4 není jen nejvzdálenější galaxií, jakou jsme s pomocí ALMA pozorovali. Objev takového množství prachu dokazuje, že prostor galaxie je již vyplněn materiálem vyvrženým během prvních explozí supernov,“ říká Nicolas Laporte.

Kosmický prach obsahuje především křemík, uhlík a hliník a vyskytuje se v zrnech o průměru miliontiny centimetru. Chemické prvky v těchto částicích vznikly v nitrech hvězd a jsou rozptýleny do okolního vesmíru v závěrečné fázi jejich vývoje.

Nejnápadnější je tento proces při explozi supernovy, kterou zakončují svůj život velmi hmotné hvězdy. Dnes je tohoto prachu ve vesmíru značné množství a představuje klíčovou složku při vzniku dalších hvězd, planet a komplexních molekul.

V počátečních fázích vývoje vesmíru – před zánikem hvězd první generace – ho však bylo pomálu.

Zaznamenání na prach bohaté galaxie A2744_YD4 bylo možné pouze díky její geometrické poloze – nachází se z našeho pohledu za hmotnou kupou galaxií Abell 2744. Díky jevu, který je znám jako gravitační čočka, funguje mezilehlá kupa jako kosmický dalekohled, který způsobuje zdánlivé zvětšení obrazu vzdálené galaxie A2744_YD4 asi 1,8krát.

Pouze díky tomu se členům vědeckého týmu podařilo nahlédnout takto hluboko do vesmíru.

Pozorování provedená pomocí ALMA odhalila u objektu A2744_YD4 rovněž vyzařování ionizovaného kyslíku. Jedná se o nejvzdálenější a tedy nejranější objekt ve vesmíru, u kterého se kyslík podařilo detekovat. Toto pozorování tak překonalo výsledek dosažený pomocí ALMA v roce 2016.

Detekce prachu v mladém vesmíru poskytuje nové informace o tom, kdy docházelo k prvním explozím supernov a tedy o období, kdy první hvězdy začaly ozařovat dosud temný vesmír. Stanovení okamžiku tohoto ‚kosmického úsvitu‘ je jedním ze ‚svatých grálů‘ moderní astronomie a je možné jej odvodit na základě sledování výskytu mezihvězdného prachu.

Vědci se domnívají, že galaxie A2744_YD4 obsahuje množství prachu ekvivalentní 6 milionům hmot Slunce, zatímco celková hmotnost galaxie – hmotnost jejích hvězd – je asi 2 miliardy Sluncí. Členové týmu rovněž změřili rychlost hvězdotvorby v A2744_YD4 a zjistili, že probíhá rychlostí asi 20 hmotností Slunce za rok – pro srovnání, v naší galaxii je to pouze 1 hmotnost Slunce za rok.

„Taková rychlost není nijak neobvyklá u takto vzdálené galaxie, ale ukazuje, jak rychle se prach v A2744_YD4 vytvořil,“ vysvětluje spoluautor práce Richard Ellis z Evropské jižní observatoře. „Pozoruhodné je, že k tomu bylo potřeba pouze 200 milionů let – takže tuto galaxii pozorujeme krátce po jejím vzniku.“.

To znamená, že období významné hvězdotvorby začalo přibližně 200 milionů let před fází vývoje, v jaké galaxii dnes pozorujeme. To přináší pro ALMA mimořádnou příležitost pomoci při studiu období, kdy se v galaxiích zažehly první hvězdy – tedy nejstarší dosud pozorované epochy vývoje vesmíru.

Také naše Slunce, planeta Země a samotná existence lidstva je – dnes po 13 miliardách let – produktem první generace hvězd. Studiem jejich formování, života a smrti zkoumáme naše vlastní kořeny.

„S pomocí ALMA jsou naše vyhlídky na proniknutí hlouběji do vesmíru a detailní výzkum podobných galaxií v raných fázích vývoje vesmíru velmi slibné“, doplňuje Richard Ellis.

A Nicolas Laporte ještě dodává: „Další měření tohoto typu nabízejí vzrušující vyhlídky na sledování rané hvězdotvorby a produkce těžších prvků v ještě starším období vývoje vesmíru.“