Avaruusteleskoopin data haastaa peruskäsityksen maailmankaikkeudesta: näin vanhaa jättiläisgalaksia ei pitäisi ollakaan
Puolentoista miljoonan kilometrin päässä Maasta avaruutta tarkkaileva James Webb -avaruusteleskooppi, JWST, on lähettänyt runsaan puolentoista vuoden aikana jo paljon huimia kuvia ja ainutlaatuista tietoa kosmoksesta.
Tuoreen tutkimuksen tulokset ovat yksi suurimmista yllätyksistä. Tutkimus uhkaa rikkoa vakiintuneet mallit siitä, miten maailmankaikkeus – galaksit, tähdet, planeetat, elämä – on syntynyt pimeän aineen painovoiman vaikutuksesta.
Nature -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan nuoreen maailmankaikkeuteen muodostui massiivinen galaksi kauan ennen kuin sen olisi pitänyt olla mahdollista.
Nykykäsityksen mukaan yli neljännes maailmankaikkeudesta on pimeää ainetta. Kaiken näkyvän aineen määrän se päihittää viisinkertaisesti. Galakseja on muodostunut siellä, missä pimeä aine on paakkuuntunut niiden tukirangaksi.
Galaksit kasvoivat alkuräjähdyksen kaasun jäähtyessä ja tiivistyessä valtavissa kokkareissa, joita pimeä aine vähitellen muodosti. Protogalakseista tuli kääpiögalakseja. Kun ne ryhtyivät syömään toisiaan, syntyi suuria ja sitten massiivisia galakseja.
Tähtiensä määrältä ja massaltaan neljän Linnunradan kokoisen JWST-7329– tai ZF-UDS-7329-galaksin valo kajastaa 11,5 miljardin vuoden takaa. Laskelma perustuu punasiirtymään eli valon allonpituusalueen värijakauman muutoksiin, jotka syntyvät, kun valo kulkee pitkää matkaansa.
JWST-7329:n tähtien ikään tutkijat laskivat vielä puolitoista miljardia vuotta lisää. Kun universumi on tällä tietoa vajaan 13,8 miljardin vuoden ikäinen, kummastuttava jättiläinen muodostui liian pian alkuräjähdyksen jälkeen mahtuakseen vakiintuneisiin käsityksiin.
JWST-7329 on kummajainen myös siksi, että se on punainen. Massiivisuutensa vuoksi sillä pitäisi olla edelleen kylliksi kaasua uusien tähtien tuottamiseen. Sen pitäisi olla sininen ja kirkas.
– Jahtasimme juuri tätä galaksia seitsemän vuotta, sillä tunnistimme se epätavalliseksi. Tarkkailimme sitä kahdella maapallon suurimmalla kaukoputkella selvittääksemme, kuinka vanha se on, mutta sen valo oli niille liian punainen ja liian heikko. Emme pystyneet mittaamaan sen ikää, kertoo Karl Glazebrook.
Hän on australialaisen Swinburnen teknillisen yliopiston havaitsevan tähtitieteen professori ja johti kansainvälistä ryhmää, joka päätti hakea vastauksia Yhdysvaltain avaruushallinnon Nasan JWST-teleskoopin avulla.
Maassa on kooltaan suurempia teleskooppeja kuin JWST, mutta sillä on isona etuna sijaintinsa kaukana Auringon kiertoradalla. Siellä se havainnoi pääasiassa infrapunavaloa, jollaiseksi varhaisen maailmankaikkeuden galaksien näkyvä valo on vuosimiljardien aikana venynyt.
Lisäksi JWST näkee kohteita, jotka muilla aallonpituuksilla jäävät avaruuden pölyn ja kaasujen peittoon. Infrapunasäteily tunkeutuu niiden läpi. JWST kykenee näkemään himmeämmän infrapunavalon kuin yksikään teleskooppi sitä ennen.
Aivan aikojen alkuun asti sekään ei kykene katsomaan mutta kuitenkin alueelle, jonka havainnointi on ollut tätä ennen mahdotonta.
JWST:n havainnot ovat jo tätä ennen venyttäneet rajoja, joihin teoreettiset mallit galaksien synnystä ja kehittymisestä perustuvat. Galaksien alku on siirtynyt ajassa taaksepäin ja kehitysvauhti nopeutunut.
Vanhoja lepääviä galakseja, joiden tähdet ovat viilentyneet eikä uusia synny, on nyt havaittu 1–2 miljardin vuoden päässä alkuräjähdyksestä. JWST-7329 on vielä vanhempi. Joidenkin vielä tuntemattomien prosessien ja mekanismien on täytynyt ohjata sen ja muiden vanhojen jättiläisten kehitystä.
– Aiemmin ei ollut mahdollista vahvistaa näiden syvällä universumissa lepäävien hirviöiden olemassaoloa. Seuraava avainkysymys on, miten ne saattoivat syntyä niin pian, sanoo tutkijatohtori Themiya Nanayakkara, joka tuoreessa tutkimuksessa johti JWST:ltä saadun datan spektrianalyysejä.
Karl Glazebrook toivoo lisänäyttöä tukemaan ryhmänsä työn tuloksia.
– JWST on löytänyt yhä enemmän todisteita varhaisista massiivisista galakseista. Meidän tuloksemme on uusi ennätys. Se on silmiinpistävä, mutta kuitenkin vain yksi kohde. Toivomme löytävämme lisää. Jos se onnistuu, se todella järisyttää käsityksiä galaksien synnystä, hän sanoo.
JSWT:lle suunniteltu vähin toiminta-aika on viisi vuotta. Toiveissa aika on kaksinkertainen tai jopa pidempi, sillä polttoainetta riittää pitämään JWST kiertoradallaan yli 20 vuotta.
Miten JWST tehtiin? Yle Areena dokumentti kertoo ainutlaatuisen teleskoopin tarinan. (Windfall Films/BBC, Britannia 2022)