Σχηματικό διάγραμμα της ιστορίας του Σύμπαντος, επισημαίνοντας την επανένωση, η οποία εμφανίζεται με σοβαρότητα μόνο μετά το σχηματισμό των πρώτων αστεριών και γαλαξιών. Πριν σχηματιστούν αστέρια ή γαλαξίες, το Σύμπαν ήταν γεμάτο από ουδέτερα άτομα που εμποδίζουν το φως. Ενώ το μεγαλύτερο μέρος του Σύμπαντος δεν επανασυνδέεται μέχρι 550 εκατομμύρια χρόνια μετά, μερικές τυχερές περιοχές επανασυνδέονται κυρίως σε προηγούμενες εποχές. Πιστωτική εικόνα: SG Djorgovski et al., Caltech Digital Media Center.

5 εκπληκτικά γεγονότα για τους πρώτους γαλαξίες στο σύμπαν

Ακόμα κι αν δεν τα έχουμε δει ποτέ, αυτό είναι που γνωρίζουμε ήδη.

«Ξαφνικά ανοίγονται ολοκαίνουργια προγράμματα, πράγματα που μπορείτε να κάνετε που δεν θα μπορούσατε ποτέ να κάνετε πριν. Θα ήταν υπέροχο επιστημονικά, θα ήταν υπέροχο για το έθνος, για τους εκπαιδευτικούς, για τους μαθητές και θα ήταν απλώς υπέροχο για το ευρύ κοινό. " -Garth Illingworth

Ένα από τα πιο αξιοσημείωτα γεγονότα για το Σύμπαν μας είναι ότι δεν υπήρξε για πάντα. Οι συστάδες και τα σμήνη της ύλης που βλέπουμε - πλανήτες, αστέρια, σύννεφα αερίων, γαλαξίες και πολλά άλλα - αναπτύχθηκαν από μικρότερα κομμάτια ύλης που έχουν αυξηθεί και συγχωνευθεί με την πάροδο του χρόνου. Αν κοιτάξουμε αντικείμενα σε μεγαλύτερες και μεγαλύτερες αποστάσεις, το φως από αυτά χρειάζεται περισσότερο χρόνο για να φτάσει στα μάτια μας, πράγμα που σημαίνει ότι το φως που φτάνει σήμερα εκπέμπεται εκατομμύρια ή ακόμη και δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Καθώς κοιτάζουμε πίσω στο διάστημα, κοιτάμε επίσης πίσω στο χρόνο. Σε κάποιο σημείο, θα φτάσουμε σε τόσο μεγάλη απόσταση που δεν υπήρχαν τότε αστέρια ή γαλαξίες. Αν και θα χρειαστεί το Διαστημικό Τηλεσκόπιο James Webb για να δει αυτούς τους πρώτους γαλαξίες, υπάρχουν πέντε εκπληκτικά γεγονότα που ήδη γνωρίζουμε ότι πρέπει να είναι αλήθεια για αυτά τα πιο απομακρυσμένα αντικείμενα από όλα.

Πρωτοπλανητικοί δίσκοι, με τους οποίους πιστεύεται ότι σχηματίζονται όλα τα ηλιακά συστήματα, θα συγκεντρωθούν σε πλανήτες με την πάροδο του χρόνου, όπως δείχνει αυτή η εικόνα. Ωστόσο, όταν το Σύμπαν αποτελείται μόνο από υδρογόνο και ήλιο, μόνο αέρια πλανήτες μπορούν να σχηματιστούν, όχι βραχώδεις. Πιστωτική εικόνα: NAOJ.

1.) Δεν υπάρχουν βραχώδεις πλανήτες ανάμεσα στα πρώτα αστέρια και γαλαξίες. Κάθε φορά που σχηματίζετε αστέρια από ένα μοριακό νέφος αερίου, μπορείτε να περιμένετε απόλυτα ότι το αέριο θα κατακερματιστεί σε ένα πλήθος συσσωματωμάτων, τα οποία αναπτύσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς ανάλογα με το πόσο μεγάλα είναι να ξεκινήσουν και τι άλλο βρίσκεται κοντά τους. Μεγάλα σύννεφα αερίων θα μεγαλώσουν αστέρια και πλανήτες πολλών διαφορετικών μεγεθών, αλλά ακόμη και οι μικρότεροι κόσμοι που σχηματίζονται πρώτοι θα κατασκευαστούν αποκλειστικά από αέριο: υδρογόνο και ήλιο. Χωρίς προηγούμενες γενιές αστεριών, δεν υπάρχουν βαρύτερα στοιχεία για το σχηματισμό στερεών σωμάτων όπως βραχώδεις πλανήτες ή φεγγάρια. Μπορεί να σχηματιστούν μικρές σφαίρες αερίου, αλλά όταν αυτά τα αστέρια αναφλεγούν, απλά θα καούν στον διαστρικό χώρο από την ιονίζουσα ακτινοβολία αυτών των πρώτων πυρηνικών πυρκαγιών στο Σύμπαν.

Οι γαλαξίες που είναι συγκρίσιμοι με τον σημερινό Γαλαξία μας είναι πολυάριθμοι, αλλά οι νεότεροι γαλαξίες που μοιάζουν με τον Γαλαξία είναι εγγενώς μικρότεροι, πιο μπλε και πιο πλούσιοι στο αέριο γενικά από τους γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα. Για τους πρώτους γαλαξίες, αυτό φτάνει στο άκρο. Πιστωτική εικόνα: NASA και ESA.

2.) Οι πρώτοι γαλαξίες είναι μικροί σε σύγκριση με αυτούς που έχουμε σήμερα. Όταν τα πρώτα ουδέτερα άτομα σχηματίζονται στο Σύμπαν, είναι ήδη συγκεντρωμένα, τόσο ελαφρώς, σε υπερβολικές και πυκνές περιοχές συγκεκριμένου μεγέθους. Περιέχοντας οπουδήποτε από μερικές εκατοντάδες χιλιάδες έως μερικά εκατομμύρια ηλιακές μάζες, αυτές θα σχηματίσουν τους σπόρους των πρώτων συστάδων αστεριών. Πάνω από ίσως 50 έως 200 εκατομμύρια χρόνια, η βαρύτητα προκαλεί την κατάρρευση αυτών των πρώτων σύννεφων αερίου και τη δημιουργία των πρώτων αστεριών. Όταν τα σμήνη των αστεριών αρχίζουν να συγχωνεύονται βαρυτικά, ακολουθεί γρήγορος σχηματισμός αστεριών και σε αυτό το σημείο μπορούμε να αρχίσουμε να λέμε ότι έχουμε δημιουργήσει τους πρώτους γαλαξίες του Σύμπαντος. Παρόλο που μπορεί να είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα της μάζας του Γαλαξία, ίσως 0,001% τόσο μαζικό όσο είμαστε, αυτοί, στην πραγματικότητα, είναι γαλαξίες από μόνες τους, που περιέχουν αστέρια, συστάδες αστεριών, πλανήτες, αέριο, σκόνη και ακόμη και φωτοστέφανα της σκοτεινής ύλης.

Το Hubble eXtreme Deep Field, η βαθύτερη μας άποψη για το Σύμπαν μέχρι σήμερα, το οποίο αποκαλύπτει γαλαξίες από όταν το Σύμπαν ήταν μόλις 3–4% στην τρέχουσα εποχή του. Αυτό, ωστόσο, είναι το απόλυτο όριο για το πόσο μακριά μπορεί να φτάσει το Χαμπλ. περισσότερος χρόνος παρατήρησης θα αποκαλύψει αμυδρότερους γαλαξίες, αλλά όχι πιο απομακρυσμένους. Πιστωτική εικόνα: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Πανεπιστήμιο του Λάιντεν; και η ομάδα HUDF09.

3.) Ακόμα κι αν ο Χαμπλ έβλεπε για πάντα το μακρινό Σύμπαν, δεν θα δει ποτέ αυτούς τους πρώτους γαλαξίες. Το φως που εκπέμπουν αυτοί οι γαλαξίες πρέπει να είναι παρόμοιο με το φως που εκπέμπουν σήμερα οι νέοι γαλαξίες που σχηματίζουν αστέρια. Όταν σχηματίζεται για πρώτη φορά ένας γαλαξίας, θα πρέπει να είναι γεμάτος ζεστά, φωτεινά, βραχύβια μπλε αστέρια που κυριαρχούν στη φωτεινότητα όλων των άλλων. Αλλά σε αντίθεση με τους κοντινούς γαλαξίες, το φως από αυτούς τους πρώτους απαιτεί ένα τεράστιο κοσμικό ταξίδι - αυτό που διαρκεί πάνω από 13 δισεκατομμύρια χρόνια από την προοπτική μας - για να φτάσει στα μάτια μας. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, το Σύμπαν επεκτείνεται, προκαλώντας τη μετατόπιση του μήκους κύματος αυτού του αρχικά υπεριώδους φωτός μέσω του ορατού, μέσω του εγγύς υπέρυθρου και στο μεσαίο υπέρυθρο τμήμα του φάσματος. Ακόμα κι αν το Χαμπλ, το οποίο μπορεί να δει το φως αρκετά μακριά στο εγγύς υπέρυθρο, έβλεπε τον ουρανό για πάντα, δεν θα μπορούσε ποτέ να ανιχνεύσει γαλαξίες σε μια κόκκινη μετατόπιση από 15 έως 25, όπου οι πρώτοι αναμένεται να βρίσκονται. Για αυτό, χρειαζόμαστε τον James Webb.

Το σύμπλεγμα RMC 136 (R136) στο νεφέλωμα Tarantula στο Μεγάλο σύννεφο Magellanic, φιλοξενεί τα πιο ογκώδη αστέρια που είναι γνωστά. Το R136a1, το μεγαλύτερο από όλα, είναι πάνω από 250 φορές η μάζα του Ήλιου. Πιστωτική εικόνα: Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο / P. Crowther / CJ Evans.

4.) Τα πιο τεράστια αστέρια του Σύμπαντος υπήρχαν μόνο σε αυτές τις πρώτες εποχές. Σήμερα, αν κοιτάξουμε βαθιά μέσα σε μια υπερμεγέθη περιοχή σχηματισμού αστεριών, περιμένουμε να βρούμε τα πιο φωτεινά, πιο φωτεινά και πιο ογκώδη αστέρια όλων. Ο μεγαλύτερος στην τοπική μας ομάδα, το Νεφέλωμα Tarantula (πάνω) σε έναν δορυφορικό γαλαξία του Γαλαξία, περιέχει πολλές εκατοντάδες χιλιάδες υλικό αξίας ηλιακών μαζών, μαζί με το πιο ογκώδες αστέρι γνωστό: R136a1. Περίπου 260 φορές τη μάζα του Ήλιου μας, είναι το πιο τεράστιο αστέρι που ανακαλύφθηκε ποτέ. Αλλά είναι επίσης γεμάτο με στοιχεία που ανεβαίνουν ψηλά στον περιοδικό πίνακα, σαν τον δικό μας Ήλιο, ο οποίος καταστέλλει την αρχική ανάπτυξη τεράστιων αστεριών. Δεδομένου ότι αποτελούνται από παρθένο υδρογόνο και ήλιο μόνο, τα πρώτα αστέρια δεν είχαν αυτή την καταστολή και ήταν σε θέση να αναπτυχθούν σε ακόμη μεγαλύτερες μάζες. Πόσο μεγάλα πήραν; 500 φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο; 1.000 φορές; 2.000 φορές; Με λίγη τύχη, ο James Webb θα μας διδάξει την απάντηση.

Η απορρόφηση του φωτός μήκους κύματος χιλιοστομέτρου που εκπέμπεται από ηλεκτρόνια που περιστρέφονται γύρω από ισχυρά μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του γαλαξία οδηγούν στο σκοτεινό σημείο στο κέντρο αυτού του γαλαξία. Η σκιά δείχνει ότι κρύα σύννεφα μοριακού αερίου βρέχονται στη μαύρη τρύπα. Τέτοιες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, ή τουλάχιστον οι σπόροι τους, πρέπει να βρεθούν στους πρώτους γαλαξίες του Σύμπαντος. Πιστωτική εικόνα: NASA / ESA & Hubble (μπλε), ALMA (κόκκινο).

5.) Οι πρώτες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες πρέπει να υπάρχουν μέσα σε αυτούς τους πρώτους γαλαξίες σχεδόν από τη στιγμή της γέννησής τους. Παραδόξως, όσο πιο μεγάλο είναι ένα αστέρι, τόσο μικρότερη θα είναι η διάρκεια ζωής του. Τα πιο τεράστια αστέρια όλων ζουν μόνο λίγα εκατομμύρια χρόνια πριν είτε πηγαίνουν σουπερνόβα είτε καταρρέουν άμεσα. Σε κάθε περίπτωση, παράγουν τεράστιες μαύρες τρύπες. Αυτές οι μαύρες τρύπες μεταναστεύουν γρήγορα στο κέντρο των γαλαξιών, όπου συγχωνεύονται και συσσωρεύουν την ύλη, καθιστώντας τους σπόρους των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών που βλέπουμε σήμερα. Αυτοί οι πρώτοι γαλαξίες, ακόμη και όταν γίνονται ορατοί, μπορεί να περιέχουν μαύρες τρύπες εκατοντάδες χιλιάδες ή ακόμη και εκατομμύρια φορές πιο μαζικές από τον Ήλιο μας, συγκρίσιμες με αυτές των τεσσάρων εκατομμυρίων ηλιακής μάζας που υπάρχουν στο κέντρο του Γαλαξία μας. Αυτά τα αντικείμενα πρέπει να είναι εκεί, και ο James Webb μπορεί να μας δείξει πόσο τεράστια είναι πραγματικά.

Η μεγάλης κλίμακας δομή του Σύμπαντος αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, καθώς μικροσκοπικές ατέλειες μεγαλώνουν για να σχηματίσουν τα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες, στη συνέχεια συγχωνεύονται για να σχηματίσουν τους μεγάλους, σύγχρονους γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα. Το να κοιτάς σε μεγάλες αποστάσεις αποκαλύπτει ένα νεότερο Σύμπαν, παρόμοιο με το πώς ήταν η περιοχή μας στο παρελθόν. Πιστωτική εικόνα: Chris Blake και Sam Moorfield

Αυτοί οι εξαιρετικά απομακρυσμένοι, εξαιρετικά νέοι και εξαιρετικά μικροσκοπικοί γαλαξίες δεν παραμένουν έτσι για πολύ, σας θυμάστε. Σε κάποιο σημείο πριν από πολύ καιρό, κάθε κοντινός γαλαξίας που βλέπουμε σήμερα δεν ήταν τόσο διαφορετικός από αυτούς τους πρώτους που θα ανακαλύψουμε ξεκινώντας μόλις πάνω από ένα χρόνο, όταν ο James Webb ξεκινά και αναπτύσσεται. Οι πρώτοι που έχουν σχηματιστεί έχουν μεγαλώσει βαρυτικά το γρηγορότερο, και έτσι με την πάροδο των 13,8 δισεκατομμυρίων ετών, θα έχουν προσελκύσει όλο και περισσότερη ύλη, και πιθανότατα θα είναι γιγαντιαίες σπείρες ή ελλειπτικά στις δικές τους ομάδες και συστάδες, πολύ όπως είμαστε. Αλλά δεν έχουμε κανέναν τρόπο να γνωρίζουμε, προς το παρόν, πώς ήταν το παρελθόν του Γαλαξία μας με κάθε λεπτομέρεια. Εξάλλου, το μεγάλο έγκλημα του Σύμπαντος είναι ότι μπορούμε να το δούμε μόνο σήμερα, σε μια συγκεκριμένη στιγμή. Παρά την ολόκληρη κοσμική ιστορία του τι συνέβη, όταν πρόκειται για το σημείο που βρισκόμαστε τώρα, τα μόνα πράγματα που γνωρίζουμε είναι οι επιζώντες.

Το Starts With A Bang είναι τώρα στο Forbes και αναδημοσιεύεται στο Medium χάρη στους υποστηρικτές του Patreon. Ο Ethan έχει συγγράψει δύο βιβλία, το Beyond The Galaxy και το Trreknology: The Science of Star Trek από το Tricorder στο Warp Drive.