Jednou z hlavních funkcí vesmírného dalekohledu Jamese Webba je najít nejstarší galaxie a rozšířit naše
Tyto hvězdné systémy jsou mnohem dálenež všechny dříve pozorované objekty ve vesmíru. Vědci píší o galaxiích s rudým posuvem od 12 do 17. V této oslavě vědeckého triumfu je ale jedna moucha: někteří badatelé se domnívají, že stáří objektů může být zkreslené a výsledky vyžadují pečlivé ověření.
Která galaxie je nejvzdálenější?
Před vypuštěním vesmírného dalekohledu Jamese Webba vpo dlouhou dobu byla nejvzdálenější potvrzenou galaxií GN-z11. Byl objeven v roce 2016 pomocí Hubbleova teleskopu. Je asi 25krát menší než Mléčná dráha a tvoří asi 1 % její hmotnosti. Tvorba hvězd v něm přitom probíhala 20krát aktivněji.
GN-z11 se nachází v souhvězdí Velké medvědice,a astrofyzici odhadují rudý posuv na 11,1. To znamená, že to vidíme tak, jak to bylo před 13,4 miliardami let – pouhých 400 let po velkém třesku. Jak se vesmír neustále rozpíná, galaxie ve vesmíru se od sebe vzdalují. Správná vzdálenost k GN-z11 je tedy asi 32 miliard světelných let.
Ještě před vypuštěním nového dalekohledu na jaře 2022astrofyzici oznámili objev ještě vzdálenějšího kandidáta, HD1. Byl objeven pomocí vesmírného dalekohledu Subaru a pozorování z pozemních observatoří. Podle spektroskopie je jeho červený posuv 13,27, což odpovídá vzdálenosti 13,5 miliardy světelných let. A samotná galaxie je nyní od Země vzdálena 33,4 miliardy světelných let.
Jen týden po zveřejnění prvních údajůV teleskopu Jamese Webba oznámili vědci z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics objev galaxie GLASS-z13, která má předběžně červený posun na 13. To je asi 300 milionů let po velkém třesku. O týden později byla přijata zpráva o galaxii s rudým posuvem 14 a dokonce 16,7. Pokud je to pravda, pak vidíme tyto galaxie tak, jak existovaly asi 200 milionů let po velkém třesku.
Je pravda, že všechny tyto výsledky jsou předběžné: zatím žádná z těchto hodnot červeného posuvu nebyla potvrzena. K určení vzdáleností těchto galaxií bude zapotřebí spektroskopická analýza.
Galaxie GN-z11 viděná Hubbleovým vesmírným dalekohledem.Obrázek: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University) a G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)
Jak se objevují nové galaxie?
Při své práci používali vědci různé metody.Například astrofyzici z University of Missouri-Columbia použili efekt gravitační čočky vytvořený masivní kupou galaxií SMACS J0723. Masivní objekt deformuje pohyb světla a zvětšuje vzdálené objekty, podobně jako normální čočka optického dalekohledu. Pomocí této metody vědci našli 88 kandidátských galaxií s rudým posuvem nejméně 11. Některé z nich mohou mít podle vědců rudý posuv až 20.
Jiní vědci analyzovali obrazy různýchoblasti oblohy, kde nebyl využit efekt gravitační čočky. Tyto snímky jsou součástí studie Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), která se skládá ze snímků 10 různých oblastí oblohy pořízených blízkou infračervenou kamerou dalekohledu (NIRCam).
Potvrdit skutečný věk vzdálenýchobjekty vyžadují spektroskopickou analýzu, která rozděluje světlo z objektu do spektra. K tomu vědci využijí Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) dalekohledu Jamese Webba a také Mid-Infrared Instrument (MIRI) vesmírného dalekohledu.
Efekt gravitační čočky na snímku shluku SMACS J0723. Obrázek: NASA, ESA, CSA a STScI
Co je červený posuv?
Při studiu raného vesmíru hlavníUkazatelem, který vědci používají, je červený posuv. Pomáhá pochopit, jak rychle se předmět od nás vzdaluje. Stejně jako zní signál parní lokomotivy nebo lodi, když se vzdalují od pozorovatele, mění se i světelná vlna od vzdalujícího se objektu.
Vesmír se neustále rozpíná, což znamenávzdálené galaxie se vzdalují od Země. Při rudém posuvu zvyšuje elektromagnetické záření vzdalujícího se objektu svou vlnovou délku. To znamená, že všechny detaily spektra se posunou směrem k červené oblasti.
Čím dále je galaxie, tím dříve ji vidíme atím více se jeho světlo roztahovalo v důsledku rozpínání Vesmíru. V důsledku toho se nám modré a ultrafialové světlo z horkých mladých hvězd jeví jako infračervené o 13,5 miliardy let později.
Teleskop Jamese Webba je vybaven citlivými přístroji, které detekují záření v různých částech infračerveného rozsahu, a proto dokážou zachytit záření raného vesmíru.
Červený a modrý posun. Obrázek: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Proč mohou být první výsledky špatné?
Předběžné studie vycházejí zjednotlivá pozorování a mohou být nepřesné. Například prašné hvězdotvorné galaxie, které existovaly miliardy let po Velkém třesku, se mohou maskovat jako rekordně vzdálené galaxie. A kromě toho světlo vyzařované galaxiemi může být zkresleno jinými objekty.
Například podle toho, jak červenána snímcích Jamese Webba se objevuje galaxie CEERS-DSFG-1, astronomové určili rudý posuv ze 17 na 18. To znamená, že ji vidíme 220 milionů let po velkém třesku. Japonští astronomové však použili submilimetrový dalekohled NOEMA, aby našli stejnou galaxii a ukázali, že obsahuje obrovské množství prachu.
Prach pohlcuje kratší a modřejší vlnové délkysvětlo hvězd, propouštějící delší a červenější. To znamená, že při vizuálním pozorování ze Země se taková galaxie bude jevit červenější. Po úpravě výsledků pozorování tak, aby zohledňovaly vliv prachu, vědci ukázali, že skutečný rudý posuv je jen asi 5. To znamená, že galaxie je viditelná 1,3 miliardy let po velkém třesku.
Galaxie CEERS-DSFG-1 na snímku dalekohledu"James Webb" s pozorováními NOEMA překrývajícími se jako vrstevnice. Vpravo je, jak kandidát vypadá při pohledu přes různé filtry: neukazuje se ve filtrech s kratší vlnovou délkou, ale stává se viditelnějším v červenějších filtrech. Obrázek: J. Zavala et al.
Vědci došli k podobným výsledkůmstuduje kandidátskou galaxii CEERS-1749. Svůj objev nazvali Schrödingerova galaxie. Jde o to, že rudý posuv pro něj může být roven buď 5 nebo 17. Pokud mluvíme o samostatné vzdálené galaxii, pak se jedná o jeden z nejvzdálenějších známých podobných systémů, a pokud je součástí kupy, pak opět hovoří o miliardě let po velkém třesku. Vše bude jasné po novém výzkumu.
Bez ohledu na to, zda se potvrdídeklarované rekordy, nové objevy významně přispějí k pochopení procesů vývoje raného Vesmíru. Dokonce i "blízké" vzdálené galaxie s rudým posuvem asi 5 otevírají nová data.
Mezihvězdný prach je vedlejším produktem cykluzrození a smrt hvězd. K ovlivnění rudého posuvu musí být takového prachu hodně. A to znamená, že v takových galaxiích by mělo docházet k extrémně intenzivní tvorbě hvězd. Dříve vědci o takových procesech nevěděli.
Velké množství vzdálených galaxií z různých období života vesmíru pomůže pochopit, jak se formovaly a vyvíjely první hvězdné systémy.
Přečtěte si více:
"James Webb" poslal fotografii srážky dvou obrovských galaxií
"Neužitečné" bakterie na Zemi poskytnou život kolonistům Marsu
Na pyramidě v Číně byl nalezen portrét "krále předků". Vládl před více než 4000 lety