Astronomi otkrili misteriozan signal iz dijela svemira u kojem ne bi trebalo biti ničega

U južnom zviježđu Peći nalazi se mali dio neba koji se na prvi pogled ne razlikuje od drugih. Ipak, riječ je o jednom od najbolje istraženih područja svemira. Svemirski teleskop Hubble promatrao ga je više od 270 sati, što je omogućilo nastanak poznate snimke nazvane Hubbleovo ultraduboko polje (HUDF), na kojoj se nalazi gotovo 10.000 galaksija udaljenih milijardama svjetlosnih godina.

Nakon što je lansiran svemirski teleskop James Webb (JWST), bilo je očekivano da će i on usmjeriti svoje instrumente prema istom području. Zahvaljujući osjetljivijim infracrvenim mogućnostima, znanstvenici su se nadali da će otkriti ono što je Hubbleu možda promaknulo.

Najnovije opažanje pokazalo je da čak i taj dobro istraženi dio svemira skriva nepoznanice, prenosi Science Alert. U malom dijelu promatranog područja Webb je zabilježio neobičan signal, i to dvaput, u razmaku od gotovo tri mjeseca.

Problem je u tome što prethodna promatranja, provedena teleskopima James Webb i Hubble, na tom mjestu nisu pokazala ništa.

To ne znači da ondje uistinu nema nikakvog objekta. Moguće je da postoji nešto preslabo da bi se uobičajenim promatranjima otkrilo, ali što je nakratko proizvelo snažan bljesak. Unatoč tome, signal zasad ostaje neobjašnjena pojava.

Kako astronomi proučavaju svjetlost iz svemira?

Da bi se razumjelo zašto je ovo otkriće toliko neobično, potrebno je znati nešto više o metodama kojima astronomi proučavaju svemir.

Optički teleskopi stvaraju slike na temelju svjetlosti koju prikupljaju njihova zrcala. Hubbleovo ultraduboko polje sastavljeno je od više snimki dobivenih različitim filtrima, od kojih svaki bilježi određeni raspon valnih duljina.

Neki teleskopi mogu i razdvojiti svjetlost na pojedinačne valne duljine, slično načinu na koji prizma razlaže bijelu svjetlost na spektar boja. Takav postupak omogućuje otkrivanje značajki koje se ne mogu lako uočiti na običnim slikama.

Primjerice, kada se Sunčeva svjetlost promatra kao cjelina, ona izgleda bijelo. No, kada se razloži na spektar, pojavljuju se tamne linije na mjestima na kojima su atomi u Sunčevoj atmosferi apsorbirali određene valne duljine.

S druge strane, neki objekti stvaraju svijetle linije jer njihovi atomi ili molekule oslobađaju energiju u obliku svjetlosti određenih valnih duljina. One se nazivaju emisijskim linijama.

Astronomi se spektroskopijom koriste za proučavanje takvih linija kako bi utvrdili kemijski sastav i druga svojstva nebeskih tijela.

Nova metoda otkrivanja nepoznatih objekata

Astrofizičar Mason Huberty sa Sveučilišta Minnesota i njegovi suradnici željeli su provjeriti može li se blisko infracrveni spektrograf teleskopa James Webb (NIRSpec) upotrijebiti i za otkrivanje objekata koji još nisu poznati.

Uobičajeno je da astronomi najprije odaberu objekte koje su prethodno uočili drugim promatranjima, a zatim namjeste male otvore na spektrografu kako bi kroz njih prošla svjetlost upravo tih objekata. Takav pristup funkcionira dobro, ali ima jedno ograničenje: potrebno je unaprijed znati gdje se objekt nalazi.

Hubertyjev tim odlučio je postupiti drukčije. Otvorili su gotovo sve otvore na instrumentu, zatvorivši samo one koji su odgovarali već poznatim objektima u prednjem planu, identificiranima na ranijim Hubbleovim snimkama. Time su spriječili da njihova svjetlost ometa prikupljanje željenih podataka.

Prikupljenu svjetlost potom su razložili na spektre i tražili emisijske linije. Postupak su ponovili dvaput, u kolovozu i studenome 2023., s razmakom od 88 dana. Promatranja su provedena i iz različitih kutova kako bi se lakše isključila moguća instrumentalna izobličenja i pogreške.

Cilj je bio pronaći slabe i udaljene objekte koji bi mogli promaknuti uobičajenim metodama. Za to su se koristili tehnikom nazvanom višestruka koronografija za spektroskopiju bez proreza (MOCSS).

Hubbleovo ultraduboko polje bilo je idealno područje za provjeru metode jer su brojna ranija promatranja omogućila usporedbu novih rezultata s već poznatim galaksijama.

Metoda se pokazala uspješnom: šest detekcija koje su zadovoljile stroge kriterije istraživača moglo se povezati s udaljenim galaksijama. Sedma je, međutim, otvorila novu zagonetku.

Signal koji se ne uklapa ni u jedno objašnjenje

Sedmi signal pojavio se kao jedna izrazito svijetla emisijska linija u bliskom infracrvenom području, na valnoj duljini od približno 1,6 mikrometara. Sama po sebi, takva emisija nije neuobičajena.

Neobično je to što uz nju nisu pronađene druge emisijske linije, a na tom mjestu ni ranija promatranja teleskopima Hubble i James Webb nisu pokazala nikakav vidljiv izvor.

Istraživači smatraju da signal nije lako objasniti ni kao tehničku pogrešku. Pojavio se u sve četiri kombinacije prikupljenih snimki, tijekom oba promatranja iz različitih kutova, u razmaku od 88 dana, a izmjerene vrijednosti bile su međusobno dosljedne.

Dodatnu zagonetku predstavlja njegova svjetlina. Signal je bio dovoljno snažan da bi se trebao pojaviti i na ranijim snimkama teleskopa James Webb. Da je postojao tijekom njegova istraživanja JADES u listopadu 2022., teleskop ga, prema procjeni istraživača, ne bi mogao propustiti.

Zbog toga je moguće da se izvor signala tada još nije pojavio. Problem je i u tome što je samo na temelju jedne emisijske linije vrlo teško odrediti o kakvom je objektu riječ, osobito ako nije poznata njegova udaljenost. Širenjem svemira svjetlost se rasteže prema sve duljim, crvenijim valnim duljinama. Zbog toga infracrveni foton može potjecati od energetski snažne svjetlosti vrlo udaljenog objekta ili od manje energične svjetlosti mnogo bližeg izvora.

Za utvrđivanje podrijetla signala potrebni su dodatni podaci.

Četiri moguća izvora, ali nijedan nije uvjerljiv

Istraživači razmatraju četiri glavna moguća objašnjenja, no nijedno se zasad ne uklapa u sva opažanja.

• Galaksija iz ranog svemira: Takav bi izvor mogao proizvesti emisijsku liniju, ali svjetlost bi teško prolazila kroz neutralni vodik koji je ispunjavao rani svemir. Osim toga, signal bi se trebao pojaviti i u ranijim opažanjima u sklopu istraživanja JADES.
• Mlađa galaksija: I ta je mogućnost razmatrana, no takav bi objekt, osim što bi trebao biti vidljiv u ranijim opažanjima, vjerojatno pokazivao i druge emisijske linije, a ne samo jednu.
• Supernova: Eksplozija zvijezde mogla bi objasniti pojavu signala, ali očekivala bi se i dodatna emisijska linija koja nije zabilježena.
• Crna rupa koja uništava zvijezdu: Kada crna rupa rastrga zvijezdu, može nastati snažna emisijska linija bez mnogo druge svjetlosti koju bi bilo moguće otkriti. Ipak, zasad nema dovoljno dokaza da se potvrdi kako se upravo to dogodilo.

Znanstvenici zato naglašavaju da je potrebno provesti dodatna istraživanja.

"Ovaj je objekt vrlo neobičan i upućuje na ekstremne fizičke uvjete", navode istraživači.

Dodaju da su potrebna nova opažanja kako bi se potvrdio crveni pomak i utvrdilo fizičko podrijetlo signala.

"Dublja i osjetljivija spektroskopija mogla bi otkriti dodatne emisijske linije te omogućiti pouzdano utvrđivanje crvenog pomaka i prirode izvora", ističu.

Istraživanje je objavljeno u znanstvenom časopisu The Astrophysical Journal.