JWST löysi M1149-BSG-z5:n: kaukaisin havaittu sauvaspiraaligalaksi

Tähtisynty on kovassa vauhdissa. M1149-BSG-z5 sijaitsee punasiirtymänsä päärintamalla tai sen yläpuolella. Sen tähtisyntynopeus on noin 144 aurinkomassaa vuodessa, eli se synnyttää uusia tähtiä huimaa vauhtia . Sekä sauvan että kierteishaarojen alueella on aktiivista tähtisyntyä.

Aktiivinen galaksiydin. Galaksin keskellä on aktiivinen supermassiivinen musta aukko. Se on kuitenkin yllättävän pieni suhteessa galaksin tähtimassaan: musta aukon ja tähtimassan suhde on noin 0,001, kun se tyypillisesti lähiuniversumin galakseissa on noin 0,1–0,2 % . Galaksin metallipitoisuus on noin 50 % Auringon vastaavasta .

Miksi löytö mullistaa galaksien kehitysopin

Tämä ei ole pelkkä uusi ennätys. Täysin kehittyneen sauvaspiraaligalakseja olemassaolo punasiirtymällä 5,102 on suora haaste pitkään vallinneille galaksien kehitysmalleille .

Tavanomaiset kosmologiset simulaatiot ovat ennustaneet, että galaksien keskellä olevat kirkkaat, lineaariset tähti- ja kaasuvyöt – sauvat – tarvitsevat miljardeja vuosia muodostuakseen ja vakiintuakseen. Ajatus oli, että galaksin kiekon on ensin asetuttava suhteellisen rauhalliseen, pyörivään tilaan, ennen kuin gravitaation epävakaudet voivat synnyttää sauvan. Tämän ajateltiin tapahtuvan pääasiassa punasiirtymän z ≈ 1–2 jälkeen (noin 6–10 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen).

M1149-BSG-z5 murskaa tämän aikataulun. Se osoittaa hyvin määritellyn pullistuman, sauvan ja kiekon – rakenteellisesti kypsän galaksin – vain reilu miljardi vuotta kosmisen aamunkoiton jälkeen . Tämä on uusin JWST:n löytöjen sarjassa, johon kuuluvat esimerkiksi CEERS-2112 punasiirtymällä z ≈ 3 ja COSMOS-74706 punasiirtymällä z ≈ 4 , jotka yhdessä pakottavat kirjoittamaan teorioita uusiksi.

Kuinka se saattoi muodostua niin varhain?

Tutkimusryhmä esittää kaksi todennäköistä, yhdessä toimivaa mekanismia :

1. Gravitaation epävakaus kaasurikkaassa, baryonidominoidussa kiekossa. Varhaisessa maailmankaikkeudessa galaksit olivat paljon kaasurikkaampia ja turbulenttisempia kuin nykyään. Tiheässä, kylmästä kaasusta koostuvassa kiekossa, jonka keskialuetta hallitsee tavallinen aine (baryonit) eikä pimeä aine, nopeat gravitaation epävakaudet voivat käynnistyä. Ne voivat synnyttää sauvan muutamassa sadassa miljoonassa vuodessa – ilman valmiiksi muodostunutta tähtikiekkoa.

2. Ympäristön vaikutus. M1149-BSG-z5 löydettiin MACS J1149+2223 -galaksijoukon kentältä, jossa galaksitiheys on keskimääräistä suurempi. JWST:n spektroskopia paljastaa läheisen naapurigalaksin samankaltaisella punasiirtymällä . Vuorovesivaikutukset tai pienet fuusiot tällaisen kumppanin kanssa ovat saattaneet laukaista tai nopeuttaa sauvan muodostumista.

Tutkijat päättelevät, että todennäköisin syntypolku on yhdistelmä: baryonidominoidun, kaasurikkaan kiekon nopea gravitaation epävakaus, jota lievä ympäristön vuorovaikutus on edesauttanut .

Uusi ennätys ja mitä seuraavaksi

M1149-BSG-z5 punasiirtymällä 5,102 ohittaa nyt aiemmat ennätykset:

• CEERS-2112 punasiirtymällä z ≈ 3 (noin 2,1 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen)
• COSMOS-74706 punasiirtymällä z ≈ 4 (noin 1,5 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen)

Jokainen JWST:n löytö on siirtänyt sauvan muodostumisen aikakautta aiemmaksi. Trendi viittaa siihen, että järjestäytyneet kiekkomaiset galaksit – mukaan lukien sauvaspiraalit, kuten Linnunrata – saattavat olla yleisiä paljon varhaisemmassa kosmisessa historiassa kuin kukaan osasi ennustaa.

Seuraava askel on vahvistaa tämä tulos lisäspektroskopialla ja etsiä jopa varhaisempia sauvallisia galakseja. Jos sauvat voivat muodostua näin nopeasti, JWST saattaa pian löytää niitä punasiirtymällä z > 6 – hyvin sen havaintokyvyn rajoissa.

Yhteenveto

M1149-BSG-z5 on kaukaisin koskaan löydetty sauvaspiraaligalaksi. Se oli olemassa vain hieman yli miljardi vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Sen nopea muodostuminen haastaa käsityksemme siitä, kuinka galaksit rakentuvat. Tulokset viittaavat kaasurikkaisiin ja turbulentteihin prosesseihin, jotka voivat koota kypsiä galakseja paljon nopeammin kuin mallit ovat sallineet. Klassinen käsitys sauvoista myöhään syntyvä ilmiönä ei enää pidä paikkaansa – ja JWST on vasta alussa.