Pokud jde o ty nejvzdálenější známé objekty ve vesmíru, už jsme se jim podrobně věnovali ve článku, kde řešíme zda Webbův dalekohled vyvrátil teorii velkého třesku. Před érou Webba ovšem stál za objevy mnoha extrémně vzdálených galaxií Hubbleův kosmický dalekohled. Ten se od doby svého startu na počátku 90. let až dodnes intenzivně věnuje mimo jiné kosmologickým pozorováním, díky nimž jsme se o raném vesmíru dozvěděli mnohem více.

Hubble a extrémně vzdálené galaxie

Donedávna nejstarší známá galaxie GN-z11 nacházející se v souhvězdí Velké Medvědice
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

Slavný kosmický dalekohled o průměru zrcadla 2,4 metru objevil celou řadu velmi dalekých galaxií na počátku jejich vývoje. Tou asi nejslavnější byla galaxie GN-z11. Její rudý posuv (prodloužení vlnové délky na straně přijímače) činí 11, respektive 10,957. Tomu odpovídá vzdálenost 13,38 miliardy světelných let. Až do doby potvrzení prvních výsledků z Webbova dalekohledu tak byla tato galaxie ležící ve směru souhvězdí Velké medvědice nejvzdálenějším známým objektem v našem kosmu. A i dnes, při všech úspěších Webba drží GN-z11 šesté místo v historických tabulkách.

Kupa galaxií MACS1149.5+223.
Zdroj: https://cdn.esahubble.org/

Hubble ovšem objevil i některé další podobně vzdálené galaxie. Jednou z nich je MACS1149-JD1 s rudým posuvem 9,109. Při převedení dostaneme 13,26 miliardy světelných let, přičemž galaxie leží ve směru souhvězdí Lva. Astronomové objekt objevili v roce 2012, od té doby jej zkoumaly nejen Hubbleův dalekohled, ale též pozemní observatoře jako evropská čtveřice dalekohledů VLT v Chile nebo soustava radioteleskopů ALMA také v Chile.

Vzhledem k již uvedené vzdálenosti vidíme MACS1149-JD1 tak, jak vypadala jen asi 530 milionů let po Velkém třesku, kdy byla ještě velmi mladá. Jak ji ale vůbec můžeme spařit, když jde o tak vzdálený objekt? Normálně by to možné nebylo, naštěstí nám pomáhá masivní kupa galaxií MACS1149.5+223, která leží ve vzdálenosti 5 miliard světelných let a to z našeho pohledu téměř přesně před vzdálenější galaxií. Funguje tak jako gravitační čočka, jež ohýbá a hlavně zesiluje světlo ze vzdálenějšího objektu, vidíme tak i věci, které bychom jinak nikdy spatřit nemohli. Současně nám tento mechanismus dovoluje se dozvědět mnohé i o mezilehlé čočkující kupě.

Co víme o MACS1149-JD1?

MACS1149-JD1 (červený objekt v detailu) na snímku Hubbleova teleskopu a observatoře ALMA.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

MACS1149-JD1 objevili astronomové v roce 2014 a její parametry pak definitivně potvrdili o čtyři roky později. Z toho důvodu již měli nějaký čas na podrobné studium. Při něm zjistili například to, že se v této galaxii rodily hvězdy již nejméně 250 milionů let po vzniku vesmíru. Další výzkum provedený pomocí observatoře ALMA zase ukázal ve spektru galaxie velmi jasné známky kyslíku. Tento prvek se v kosmu tvoří ve hvězdách při jaderných reakcích. To znamená, že nejméně jedna generace hvězd musela vzniknout, prožít fázi hlavní posloupnosti a následně explodovat, aby mohl být kyslík v galaxii uvolněn. To samo o sobě jsou úchvatné výsledky.

Nedávno se ale vědci zaměřili na tuto vzdálenou galaxii znovu. Pozorování jim zabralo celých deset hodin, díky čemuž byli schopni nashromáždit více detailů. Obecně jsou schopni v tomto případě rozlišit struktury velké asi 1000 světelných let. Galaxie sama má přitom rozměr jen asi 3000 světelných let, což ale není překvapivé. Takto mladé galaxie totiž neměly ani zdaleka dostatek času, aby narostly do velikosti srovnatelné s galaxiemi v okolním vesmíru. Také hmotnost MACS1149-JD1 je relativně malá. 650 milionů hmot Slunce se může zdát hodně, ale je to jen asi tisícina hmoty Mléčné dráhy.

Nejstarší galaxie s rotací

Umělecká přestav toho, jak by galaxie MACS1149-JD1 mohla vypadat zblízka.
Zdroj: https://www.syfy.com/

Odborníci nicméně dokázali i u tak malé galaxie přijít na poněkud překvapivý výsledek. Ukázalo se, že MACS1149-JD1 chová již jako poměrně vyvinutá galaxie. Podařilo se u ní totiž najít poměrně jasné známky rotace. Je-li tento výsledek správný, jde o dosud nejvzdálenější objekt u nějž se povedlo spatřit rotaci. Jak to astronomové dokázali? Použili měření z několika přístrojů při němž pozorovali světlo z celé galaxie. A zachytili poměrně jemné nuance. MACS1149-JD1 jako celek se od Země vzdaluje, přesto se ukázalo, že část zachyceného světla je vyzařována materiálem, který se pohybuje směrem k nám, část naopak materiálem, jež se od nás vzdaluje.

A ještě jednou galaxie MACS1149-JD1 v představě umělce.
Zdroj: https://upload.wikimedia.org/

To je právě velmi pravděpodobně způsobeno rotací objektu. Otáčející se objekt se napůl pohybuje směrem k nám, napůl od nás, což v jeho světle vytvoří typický vzor. A ten specialisté skutečně spatřili. Museli ovšem vzít v úvahu i obrovský rudý posuv galaxie, jinak by byl výsledek nerelevantní. Rychlost rotace galaxie je přitom závislá na její hmotnosti. Není proto divu, že se MACS1149-JD1 otáčí oproti Mléčné dráze jen asi čtvrtinovou rychlostí, která činí zhruba 50 kilometrů za sekundu. Zdá se navíc, že rotace této galaxie začala jen velmi nedávno, možná se startuje právě v tuto chvíli.

Numerické simulace nám ukazují, že MACS1149-JD1 má diskovitý tvar, podobně jako moderní spirální galaxie. To ostatně odpovídá i dříve provedeným modelům založených na jiných metodách. Jasně to tedy ukazuje, že i velmi rané galaxie se mohly vyvinout do takovýchto útvarů. MACS1149-JD1 tedy není jen nejvzdálenější galaxií, u níž dokážeme rozlišit rotaci, ale též nejvzdálenějším objektem u nějž můžeme pozorovat strukturu a jakýkoliv (nejen rotační) pohyb.

Závěr

Tento výsledek je mimořádně pozoruhodný, nejen proto, že astronomy velmi zajímá počátek rotace galaxií v raném vesmíru, ale i kvůli tomu, že nám tento objev dává možnost důkladněji prozkoumat původ větších galaxií jako je Mléčná dráha. Pro získání ještě lepších dat bude v dohledné době MACS1149-JD1 pozorovat i Webbův teleskop, snad se tedy můžeme těšit na další zajímavé výsledky. Každopádně je povzbudivé, že se MACS1149-JD1 chová v souladu s našimi předpoklady, značí to, že jsme na správné cestě v pochopení fungování raného vesmíru.

Použité a doporučené zdroje

• Hubble NASA: https://science.nasa.gov/mission/hubble/
• Hubble ESA: https://esahubble.org/
• Hubble Site: https://hubblesite.org/home
• ALMA: https://www.almaobservatory.org/en/home/

Zdroje obrázků

• https://www.japantimes.co.jp/uploads/imported_images/uploads/2023/06/np_file_235126.jpeg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/42/Distant_galaxy_GN-z11_in_GOODS-N_image_by_HST.jpg
• https://cdn.esahubble.org/archives/images/large/heic1505b.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e0/Hubble_and_ALMA_image_of_MACS_J1149.5%2B2223.jpg
• https://www.syfy.com/sites/syfy/files/styles/hero_image__large__computer__alt/public/2022/07/art_alma_jd1.jpg
• https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2a/MACS1149-JD1.png/800px-MACS1149-JD1.png