Teleskop Jamesa Webba uchwycił co najmniej pięć galaktyk wpadających na siebie zaledwie 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Zderzenie galaktyk we wczesnym wszechświecie na taką skalę nie mieści się w dotychczasowych modelach, według których młode galaktyki rosły powoli i raczej w pojedynkę. Wyniki zespołu z Texas A&M University ukazały się w „Nature Astronomy” 15 sierpnia 2025 roku, a uczelnia opisała je szerzej pod koniec stycznia 2026 roku.
Pięć galaktyk w obszarze mniejszym niż Droga Mleczna
Układ nosi nazwę JWST’s Quintet, czyli Kwintet Webba. Nazwa jest ukłonem w stronę Kwintetu Stephana, znanej grupy oddziałujących galaktyk widocznej w gwiazdozbiorze Pegaza.
Cały system mieści się na niebie w kwadracie o boku 4,5 sekundy łuku. Po przeliczeniu na odległości fizyczne daje to obszar o boku około 24,6 kiloparseka, czyli mniej więcej 80 tysięcy lat świetlnych – mniej niż średnica dysku Drogi Mlecznej. W tym kwadracie badacze naliczyli pięć galaktyk oznaczonych ELG1–ELG5 oraz ponad 17 zwartych skupisk gwiazd o rozmiarach porównywalnych z galaktykami.
Poszczególne galaktyki dzielą dziesiątki tysięcy lat świetlnych. W skali kosmicznej to bardzo blisko i grawitacja zdążyła już je ze sobą splątać.
Łączna masa gwiazd w układzie to około 10 miliardów mas Słońca. Tempo powstawania nowych gwiazd sięga 255 mas Słońca rocznie, czyli mniej więcej dziesięć razy więcej, niż wynosi typowa wartość dla galaktyk o podobnej masie w tamtej epoce. Astronomowie mówią w takim przypadku o odchyleniu o rząd wielkości od głównego ciągu galaktyk gwiazdotwórczych – zależności wiążącej masę galaktyki z tempem produkcji gwiazd.
Układ znaleziono w polu GOODS-South, w danych przeglądu JADES, jednej z najgłębszych kampanii obserwacyjnych Webba. Wszystkie pięć galaktyk ma to samo przesunięcie ku czerwieni, w zaokrągleniu 6,7. Przesunięcie ku czerwieni to miara tego, jak bardzo światło obiektu zostało rozciągnięte przez rozszerzanie się wszechświata, i jednocześnie sposób na ustalenie, kiedy je wysłano. Wspólna wartość dla wszystkich pięciu obiektów oznacza, że naprawdę leżą obok siebie, a nie tylko trafiły na jedną linię widzenia.
Tlen tam, gdzie nie powinno go być
Najciekawszy trop znajduje się poza samymi galaktykami. Webb zarejestrował rozległy obłok świecącego gazu, który otacza i łączy cztery z pięciu członków układu. Świeci w liniach zjonizowanego tlenu i wodoru.
To ma znaczenie, bo tlen nie powstaje sam z siebie. Powstaje we wnętrzach gwiazd, więc jego obecność w przestrzeni między galaktykami oznacza, że coś go stamtąd wyprowadziło. Autorzy pracy typują siły pływowe: wzajemne szarpanie się galaktyk podczas zderzenia zdarło z nich wzbogacony gaz. Alternatywne wyjaśnienie, czyli wiatry wywiewane przez wybuchające gwiazdy, w analizie zespołu wypada słabiej.
Zanim Webb zaczął pracę, astronomowie spodziewali się, że tak rozległe wzbogacenie okolic galaktyk w pierwiastki cięższe od wodoru i helu pojawi się dopiero ponad miliard lat po Wielkim Wybuchu. Kwintet Webba miał je już po 800 milionach lat.
Trzeba tu rozdzielić dwie rzeczy. Sam obłok gazu jest obserwacją. Wskazanie sczesywania pływowego jako głównego mechanizmu to już interpretacja autorów, oparta na modelowaniu, i nie została jeszcze potwierdzona przez niezależny zespół na tym konkretnym układzie.
Kwintet, który kwintetem nie jest
Nawiązanie do Kwintetu Stephana jest zgrabne, ale wymaga jednego zastrzeżenia. Ta grupa też ma w nazwie piątkę, choć fizycznie tworzą ją cztery galaktyki. Według NASA i ESA NGC 7317, NGC 7318A, NGC 7318B oraz NGC 7319 leżą około 290 milionów lat świetlnych od Ziemi, natomiast piąta galaktyka, NGC 7320, znajduje się na pierwszym planie, mniej więcej 40 milionów lat świetlnych stąd. Widzimy ją w tym samym miejscu nieba przez zbieg okoliczności.
Podobieństwo obu układów jest głębsze niż zapożyczona nazwa. W obu widać mostki gazu i gwiazd rozciągnięte między sąsiadkami, klasyczny ślad oddziaływania pływowego. Różni je natomiast czas. Światło z Kwintetu Stephana leciało do nas setki milionów lat, a światło z Kwintetu Webba prawie 13 miliardów, z epoki, gdy wszechświat miał około sześciu procent obecnego wieku.
Możliwe wyjaśnienie zagadki martwych olbrzymów
Odkrycie może pomóc przy innym problemie, który Webb sam wygenerował. Teleskop znajduje kolejne masywne galaktyki, które przestały tworzyć gwiazdy, choć wszechświat był wtedy jeszcze młody. Obserwuje się je przy przesunięciu ku czerwieni od 4 do 5.
Takie obiekty są kłopotliwe, bo musiały zrobić dwie rzeczy naraz: zebrać ogromną masę gwiazd i szybko zużyć zapas gazu. Spokojny, równomierny wzrost nie daje obu efektów jednocześnie. Zderzenie kilku galaktyk daje. Ściska gaz, uruchamia gwałtowną produkcję gwiazd, a resztę paliwa rozprasza na zewnątrz.
Masa i tempo powstawania gwiazd w Kwintecie Webba pasują do historii wyliczonych dla tamtych wygaszonych olbrzymów. Zespół uważa, że taki układ może być ich bezpośrednim przodkiem.
„To, że tak złożony układ napędzany zderzeniami istnieje już tak wcześnie, mówi nam, że nasze teorie łączenia się galaktyk – i tego, jak szybko to zachodzi – wymagają aktualizacji, żeby pasowały do rzeczywistości” – powiedział Casey Papovich, profesor fizyki i astronomii na Texas A&M University oraz współautor pracy.
Weida Hu, badacz na stażu podoktorskim z tej samej uczelni i pierwszy autor publikacji, zwrócił uwagę na skalę zjawiska. Fuzji tak wielu galaktyk nie spodziewano się tak wcześnie, bo wcześniejsze zderzenia uznawano za prostsze i obejmujące zwykle dwie, najwyżej trzy galaktyki.
Jeden układ to jeszcze nie reguła
Sami autorzy nie przedstawiają tego jako sprawy zamkniętej. Kolejne obserwacje mają prześledzić ruch gazu i galaktyk wewnątrz układu, a to dopiero pokaże, czy piątka faktycznie zmierza do połączenia się w jeden obiekt, czy część z niej minie się i rozejdzie.
Zostaje też pytanie o statystykę. Jeden układ to jeden układ. Czy tak zatłoczone zderzenia były we wczesnym wszechświecie normą, czy przegląd JADES trafił na rzadki okaz, rozstrzygną dopiero kolejne głębokie pola. Do tego czasu Kwintet Webba jest mocnym pojedynczym przykładem, a nie dowodem na powszechność zjawiska.
