Kozmická sieť je rozsiahlou štruktúrou vesmíru. Ak by ste mohli sledovať vývoj nášho vesmíru od Veľkého tresku po dnešok, videli by ste, ako sa tieto vlákna (a medzery medzi nimi) časom tvoria. Teraz astronómovia používajúci JWST našli desať galaxií, ktoré tvoria veľmi skorú verziu tejto štruktúry len 830 miliónov rokov po začiatku vesmíru.

„Kozmická sieť“ začala ako kolísanie hustoty v ranom vesmíre. Niekoľko stoviek miliónov rokov po Veľkom tresku hmota (vo forme prvotného plynu) kondenzovala do uzlov na spojoch dosiek a plynových vlákien v ranej mriežke. Tieto uzly a vlákna hostili prvé hviezdy a galaxie. Prirodzene, keď sa astronómovia pozerajú späť v čase, budú hľadať skoré verzie kozmickej siete. Technológia JWST im umožnila pozrieť sa späť na matné, nepriehľadné veci, ktoré tu boli krátko po Veľkom tresku.

10 galaxií, ktoré tím pozoroval, je zoradených do tenkého vlákna s priemerom troch miliónov svetelných rokov, ktoré drží pohromade jasný kvazar. Jeho vzhľad prekvapil tím svojou veľkosťou a miestom v kozmickej histórii. „Toto je jedna z najstarších vláknitých štruktúr, ktoré ľudia našli spojenú so vzdialeným kvazarom,“ dodal Vig Wang z University of Arizona v Tucsone, hlavný výskumník tohto programu.

Ašpirujte na pochopenie raného vesmíru a kozmickej siete

Pozorovania JWST sú súčasťou monitorovacieho programu s názvom ASPIRE: A Spectroscopy Survey of Bias Halos in the Reionization Era. Používa obrázky a spektrá 25 kvazarov, ktoré existovali v minulosti, keď sa vesmír začal zosvetľovať po „dobe temna“. Cieľom je študovať vznik najbližších možných galaxií, ako aj zrod prvých čiernych dier. Okrem toho tím dúfa, že pochopí, ako bol raný vesmír obohatený o ťažšie prvky (kovy) a ako sa to všetko stalo počas éry reionizácie.

Ciele ASPIRE sú dôležitou súčasťou pochopenia pôvodu a vývoja vesmíru. „Posledné dve desaťročia kozmologického výskumu nám poskytli solídne pochopenie toho, ako sa formovala a vyvíjala kozmická sieť. Cieľom ASPIRE je pochopiť, ako možno vznik najstarších masívnych čiernych dier začleniť do nášho súčasného príbehu o formovaní kozmologickej štruktúry,“ vysvetlil. člen tímu Joseph Henawi z Kalifornskej univerzity v Santa Barbare.

Zamerajte sa na skoré čierne diery

Kvazary lákajú časom a priestorom. Poháňajú ich supermasívne čierne diery, ktoré spolu s výkonnými tryskami produkujú neuveriteľné množstvo svetla a iných emisií. Astronómovia ich používajú ako štandardné sviečky na meranie vzdialeností, ako aj spôsob, ako študovať obrovské oblasti vesmíru, cez ktoré prechádza svetlo.

Najmenej osem kvazarov v štúdii ASPIRE má čierne diery, ktoré vznikli menej ako miliardu rokov po Veľkom tresku. Hmotnosť týchto čiernych dier sa pohybuje od 600 miliónov do 2 miliárd násobkov hmotnosti Slnka. To je naozaj veľmi veľké a vyvoláva veľa otázok o ich rýchlom raste. Aby sa tieto supermasívne čierne diery vytvorili v tak krátkom čase, musia byť splnené dve kritériá. Najprv musíte začať rásť zo supermasívneho „semena“ čiernej diery. Po druhé, aj keby toto semeno začalo s hmotnosťou ekvivalentnou tisícom sĺnk, stále potrebovalo počas svojho života nahromadiť miliónkrát viac hmoty maximálnou možnou rýchlosťou,“ vysvetlil Wang.

Aby tieto čierne diery mohli rásť tak, ako rástli, potrebovali veľa paliva. Ich galaxie boli tiež veľmi masívne, čo by mohlo vysvetliť monštruózne čierne diery v ich jadrách. Nielenže tie čierne diery nasali veľa materiálu, ale ich výlevy ovplyvnili aj tvorbu hviezd. Silný vietor z čiernych dier môže zabrániť vzniku hviezd v hostiteľskej galaxii. Takéto vetry boli pozorované v blízkom vesmíre, ale neboli priamo pozorované v ére reionizácie,“ povedal Yang. „Veľkosť vetra súvisí so štruktúrou kvazaru. Vo Webbových pozorovaniach vidíme, že takéto vetry existovali v ranom vesmíre.“

Prečo vek?

Často počúvame o astronómoch, ktorí sa chcú vrátiť do doby reionizácie. Prečo je taký záhadný cieľ? Ponúka pohľad do doby, kedy vznikali prvé hviezdy a galaxie. Po Veľkom tresku bol detský vesmír v horúcom a hustom stave. Niekedy ju počujeme označovať ako prvotnú vesmírnu polievku. Potom zavládla expanzia a veci sa začali ochladzovať. To umožnilo, aby sa elektróny a protóny spojili a vytvorili prvé atómy neutrálneho plynu. Umožnil tiež šírenie tepelnej energie z Veľkého tresku. Astronómovia toto žiarenie detegujú. V mikrovlnnej časti elektromagnetického spektra je posunutý do červena. Astronómovia to nazývajú kozmické mikrovlnné žiarenie pozadia (CMB).

Táto strana raného vesmíru mala mierne kolísanie hustoty v rozpínajúcej sa hmote. Tou látkou bol neutrálny vodík. Ešte neboli žiadne hviezdy ani galaxie. Nakoniec sa však tieto oblasti s vysokou hustotou začali zhlukovať pod vplyvom gravitácie, čo spôsobilo, že sa začala zhlukovať aj neutrálna hmota. To viedlo k ďalšiemu kolapsu oblastí s vysokou hustotou, čo nakoniec viedlo k zrodeniu prvých hviezd. Zahrievali okolitý materiál, ktorý vypichol diery v neutrálnych zónach, čím umožnil prechod svetla. Tieto diery (alebo bubliny) v neutrálnom plyne v podstate umožnili ionizujúcemu žiareniu cestovať ďalej vesmírom. Bol to začiatok éry reionizácie. Miliardu rokov po veľkom tresku bol vesmír úplne ionizovaný.

Ako teda vysvetľujete skoré supermasívne čierne diery?

Zaujímavé je, že tie rané galaxie, ktoré JWST našiel, spolu s ich kvazarmi, už boli všetky na mieste so supermasívnymi čiernymi dierami v ich jadrách. Hlavná otázka zostáva: Ako sa dostali tak rýchlo? Ich prítomnosť môže astronómom povedať niečo o „extra hustotách“ v detskom vesmíre. Po prvé, „semeno“ čiernej diery potrebuje hustú oblasť plnú galaxií, aby sa vytvorila.

Doteraz však pozorovania pred objavom JWST našli len niekoľko zvýšených hustôt galaxií okolo najstarších supermasívnych čiernych dier. Astronómovia musia v tejto dobe vykonať viac pozorovaní, aby vysvetlili prečo. Program ASPIRE by mal pomôcť vyriešiť otázky o spätnej väzbe medzi tvorbou galaxií a tvorbou čiernych dier v tejto veľmi ranej ére vesmíru. Po ceste by tiež mali vidieť ďalšie fragmenty veľkorozmernej štruktúry kozmickej siete vesmíru, ako sa formuje.

Pre viac informácií

Web NASA identifikuje prvé vlákna kozmickej siete
Spektroskopický prieskum Bias Halos v ére reionizácie (ASPIRE): JWST odhaľuje vláknitú štruktúru okolo az = 6,61 kvazaru