Znanstveniki so s pomočjo kopnih teleskopov ALMA in VLT opazovali galaksijo, katere svetloba je do nas potovala kar 13,28 milijarde let, in jo torej vidijo v stanju, kakršna je bila le 500 milijonov let po začetku časa samega oziroma borega 3,5 odstotka zgodovine obstoječega. To ni nenavadno, astronomija odkriva vse več galaktičnih metuzalemov. Posebnost odkritja je naslednja: v galaksiji z nazivom MACS1149-JD1 so zaznali element, ki ga na začetku vesolja ni bilo. Kisik. In njegov edini možni izvor so zvezde, ki so nastale in končale svojo življenjsko pot že precej prej.

Tako je mednarodna znanstvena skupina z objavo v Nature dosegla dvoje: dokazala obstoj najstarejšega znanega kisika sploh in naračunala, da so ga proizvedle zvezde, ki so obstajale le 250 milijonov let po velikem poku, piše v sporočilu za javnost Evropskega južnega observatorija (ESO). Prav te zvezde naj bi začele t. i. kozmično zoro, čas, ko so v vesolju zasijale prve "luči" po dolgem obdobju skoraj popolne teme.

"Galaksijo vidimo v času, ko je bilo vesolje staro samo pol milijarde let, v njej pa populacijo očitno že starih zvezd. Tako lahko sklepamo, kaj se je dogajalo v še bolj oddaljenem in do zdaj povsem nepopisanem obdobju," je povedal Nicolas Laporte, soavtor raziskave z University College of London.

Rojstvo prve svetlobe zvezd
Kako? Najprej kratek uvod v prvo poglavje zgodovine vesolja. To se je začelo 13,8 milijarde let nazaj kot vroča prajuha osnovnih delcev. Ti so se kaj kmalu zlepili v jedra dveh poglavitnih elementov: vodika in helija, pa še komaj omembe vredne sledi litija. Približno 380.000 let se je juha dovolj ohladila, da so se jedrom pridružili elektroni in vesolje je postalo vseobsegajoča, ohlajajoča se "megla" dveh plinov. Takrat se je paradoksalno začelo tudi veliko obdobje teme, kozmični temni vek, v katerem ni bilo nobenih zvezd, nobenih galaksij, nobenih očitnih virov svetlobe. Obstajala sta le vodik in helij v molekulah in kup drugih podatomskih delcev.

Kako dolgo je trajal ta temni vek, zagotovo ne ve nihče. Vanj skorajda ni mogoče videti. Vesolje je bilo takrat zaradi gostega plina, ki se je raztezal vsepovsod, neprosojno in motno. Svetloba ni mogla potovati daleč, saj je udarjala v vseprisotno zaveso. Tako teleskopi praktično ne morejo prodreti vanjo. Zaznajo le svetlobo, ki je nastala po temnem veku, ko so zvezde in galaksije skozi proces t. i. reionizacije meglo razpihale, vsemir pa naredile prosojen. (Poglobljeno o reionizaciji v tem članku.)

Znanstveniki so v sveži raziskavi s pomočjo teleskopov ALMA in VLT dobili drobce informacij, prek katerih lahko o dogajanju v temnem veku sklepamo.

Natančno merjenje razdalje
Najprej so iz svetlobe, ki jo je oddala galaksija MACS1149-JD1, izbrskali kemični podpis ioniziranega kisika in s tem potrdili njegov goli obstoj. Nato so taisto svetlobo uporabili za oceno razdalje. Ko je ta infrardeča svetloba potovala do nas, se je vmesni prostor širil, ker se tudi vesolje nenehno širi. Njena valovna dolžina se je zaradi tega povečala, njena barva pa pomaknila proti rdeči, čemur fiziki rečejo rdeči premik. Za ta primer so ga na teleskopu ALMA izmerili na 9.1096, kar pomeni, da je svetloba do nas potovala 13,28 milijarde let.

Številko so potrdili še na en način. V MACS1149-JD je drugi teleskop, VLT, našel kemični podpis vodika. Na podlagi teh opazovanj so prav tako izračunali rdeči pomik, ki je sovpadal s prvo meritvijo. "S tem je MACS1149-JD najbolj oddaljena galaksija s točno izmerjeno razdaljo in hkrati najbolj oddaljena galaksija, kar so jih kdaj opazovali z observatorijema ALMA ter VLT," piše v sporočilu za javnost.

"Ne bi rekel, da sem ob odkritju najbolj oddaljenega kisika zadovoljen. Vznemirjen in navdušen sem," je komentiral Takuja Hašimoto, vodja raziskave, astronom na Japonskem narodnem observatoriju (NAOJ). "Tako zelo, da se je signal pojavil celo v mojih sanjah in sem zato težko spal."

Model sovpada s Hubblovimi meritvami
Raziskovalna skupina je nato poskušala rekonstruirati predhodno dogajanje z računalniškim modeliranjem. Izid modela je primerjala s podatki o galaksiji, ki sta jih zbrala vesoljska teleskopa Hubble in Spitzer v infrardeči svetlobi. Ti so se skladali z modelom, po katerem je ta prva generacija zvezd vzniknila 250 milijonov let po velikem poku (oziroma na rdečem pomiku pri vrednosti 15).
Model pravi, da so pri 250 milijonih let nastale prve zvezde velikanke, ki so "gorele" izjemno burno, hitro in tudi kmalu končale svojo življenjsko pot. Zatem se je porajanje zvezd umirilo in potihnilo, najbrž zato, ker so zvezdne eksplozije razpihale prah daleč naokoli. Naslednji veliki val rojstva zvezd se je nadaljeval pri 500 milijonih let, ko se je omenjeni prah deloma vrnil v težnostna središča in spočel drugo generacijo. Ta je z močnim sevanjem "kopala" okoliški, novonastali kisik, z njega atomov zbijala elektrone in ga pri tem ionizirala. Prav to dogajanje je zaznala ALMA.

"Za nas astronome je kozmična zora neke vrste sveti gral. Še vedno iščemo čas, ko se je v vesolju rodila zvezdna svetloba, in z opazovanji MACS1149-JD1 smo mu korak bližje. In ker smo pravzaprav vsi narejeni iz zvezd, lahko rečemo, da iščemo naš izvor," je komentiral Richard Ellis, soavtor.

Tudi on je, kot že veliko raziskovalnih skupin do zdaj, svoje upe položil v naslednjo generacijo teleskopov (npr. Webb), da bo z izboljšano tehnologijo podobne signale zaznala tudi pri drugih oddaljenih galaksijah in tako izrisala boljšo sliko kozmičnega temnega veka z zoro vred.

Nekoč skoraj galaksija rekorderka
MACS1149-JD so odkrili leta 2012 s pomočjo teleskopa Hubble, takrat je bilo to osvetje tudi kandidat za najbolj oddaljeno znano sploh. Našli so ga s pomočjo gravitacijskega lečenja; oddaljeno sliko je povečala lupa v času in prostoru, ki jo je ukrivila vmes, a precej bližje ležeča kopica galaksij MACS J1149+2223.

Video 1: Navidezno potovanje do ciljne galaksije (priporočen celozaslonski ogled, polna ločljivost)

Video 2: Računalniška simulacija rojevanja zvezd v MACS1149-JD1