En af James Webb-rumteleskopets hovedfunktioner er at finde de tidligste galakser og udvide vores
Disse stjernesystemer er meget længere vækend alle tidligere observerede objekter i universet. Forskere skriver om galakser med rødforskydninger fra 12 til 17. Men der er en flue i salven i denne fejring af videnskabelig triumf: Nogle forskere mener, at objekternes alder kan forvrænges, og resultaterne kræver omhyggelig verifikation.
Hvilken galakse er den fjerneste?
Før opsendelsen af James Webb-rumteleskopet ii lang tid var den fjerneste bekræftede galakse GN-z11. Det blev opdaget i 2016 ved hjælp af Hubble-teleskopet. Den er omkring 25 gange mindre end Mælkevejen og er omkring 1 % af dens masse. Samtidig forløb stjernedannelsen i den 20 gange mere aktivt.
GN-z11 er placeret i stjernebilledet Ursa Major,og astrofysikere vurderer rødforskydningen til at være 11,1. Det betyder, at vi ser det, som det var for 13,4 milliarder år siden – blot 400 år efter Big Bang. Mens universet konstant udvider sig, bevæger galakser i rummet sig væk fra hinanden. Derfor er den korrekte afstand til GN-z11 omkring 32 milliarder lysår.
Allerede før lanceringen af det nye teleskop i foråret 2022astrofysikere har annonceret opdagelsen af en endnu fjernere kandidat, HD1. Det blev opdaget ved hjælp af Subaru Space Telescope og observationer fra jordbaserede observatorier. Ifølge spektroskopi er dens rødforskydning 13,27, hvilket svarer til en afstand på 13,5 milliarder lysår. Og selve galaksen er nu 33,4 milliarder lysår fra Jorden.
Blot en uge efter offentliggørelsen af de første dataVed James Webb-teleskopet annoncerede forskere ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics opdagelsen af GLASS-z13-galaksen, som foreløbigt er rødforskudt ved 13. Det er omkring 300 millioner år efter Big Bang. En uge senere blev der modtaget en besked om en galakse med en rødforskydning på 14 og endda 16,7. Hvis dette er sandt, så ser vi disse galakser, som de eksisterede omkring 200 millioner år efter Big Bang.
Sandt nok er alle disse resultater foreløbige: indtil videre er ingen af disse rødforskydningsværdier blevet bekræftet. For at fastslå afstandene til disse galakser vil spektroskopisk analyse være påkrævet.
Galaxy GN-z11 set af Hubble-rumteleskopet.Billede: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University) og G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)
Hvordan findes nye galakser?
I deres arbejde brugte videnskabsmænd forskellige metoder.For eksempel brugte astrofysikere ved University of Missouri-Columbia den gravitationelle linseeffekt skabt af den massive galaksehob SMACS J0723. En massiv genstand forvrænger lysets bevægelse og forstørrer fjerne objekter, ligesom en normal optisk teleskoplinse. Ved hjælp af denne metode har videnskabsmænd fundet 88 kandidatgalakser med en rødforskydning på mindst 11. Nogle af dem kan ifølge forskerne have en rødforskydning på op til 20.
Andre videnskabsmænd analyserede billeder af forskelligeområder af himlen, hvor effekten af gravitationslinser ikke blev brugt. Disse billeder er en del af Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) undersøgelsen, som består af billeder af 10 forskellige områder af himlen taget af teleskopets nær-infrarøde kamera (NIRCam).
For at bekræfte den virkelige alder af fjerneobjekter kræver spektroskopisk analyse, som opdeler lyset fra objektet i et spektrum. For at gøre dette vil forskerne bruge James Webb-teleskopets nær-infrarøde spektrograf (NIRSpec) samt rumteleskopets midt-infrarøde instrument (MIRI).
Effekten af gravitationslinser i billedet af klyngen SMACS J0723. Billede: NASA, ESA, CSA og STScI
Hvad er rødforskydning?
I studiet af det tidlige univers, den vigtigsteDen indikator, som forskerne bruger, er rødforskydningen. Det hjælper at forstå, hvor hurtigt et objekt bevæger sig væk fra os. Ligesom signalet fra et damplokomotiv eller et skib lyder lavere, når de bevæger sig væk fra observatøren, ændres lysbølgen fra et vigende objekt også.
Universet udvider sig konstant, hvilket betyderfjerne galakser bevæger sig væk fra Jorden. Ved rødforskydning øger elektromagnetisk stråling fra et vigende objekt dens bølgelængde. Det betyder, at alle detaljer i spektret skifter mod det røde område.
Jo længere væk galaksen er, jo tidligere ser vi den ogjo mere strækkes dets lys på grund af universets udvidelse. Som følge heraf vises blåt og ultraviolet lys fra varme unge stjerner infrarødt for os 13,5 milliarder år senere.
James Webb-teleskopet er udstyret med følsomme instrumenter, der registrerer stråling i forskellige dele af det infrarøde område, og det er derfor, de kan fange strålingen fra det tidlige univers.
Rød og blå skift. Billede: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Hvorfor kan de første resultater være forkerte?
Forundersøgelser er baseret påenkelte observationer og kan være unøjagtige. For eksempel kan støvede stjernedannende galakser, der eksisterede milliarder af år efter Big Bang, forklæde sig som rekordstore fjerne galakser. Og desuden kan lyset, der udsendes af galakser, blive forvrænget af andre objekter.
Fx ud fra hvor rødtCEERS-DSFG-1-galaksen optræder på James Webb-billederne, har astronomer bestemt rødforskydningen fra 17 til 18. Det betyder, at vi ser den 220 millioner år efter Big Bang. Japanske astronomer brugte imidlertid NOEMA-submillimeterteleskopet til at finde den samme galakse og vise, at den indeholder en enorm mængde støv.
Støv absorberer kortere og blåere bølgelængderstjernelys, der lukker længere og rødere ind. Det betyder, at en sådan galakse vil se rødere ud, når den observeres visuelt fra Jorden. Efter at have justeret observationsresultaterne for at tage højde for støvets indflydelse, viste forskerne, at den reelle rødforskydning kun er omkring 5. Det betyder, at galaksen er synlig 1,3 milliarder år efter Big Bang.
Galaxy CEERS-DSFG-1 på billedet af teleskopet"James Webb" med NOEMA-observationer overlejret som konturlinjer. Til højre er, hvordan kandidaten ser ud, når den ses gennem forskellige filtre: den vises ikke i kortere bølgelængdefiltre, men bliver mere synlig i rødere filtre. Billede: J. Zavala et al.
Forskere kom frem til lignende resultaterstuderer kandidatgalaksen CEERS-1749. De kaldte deres opdagelse for Schrödinger-galaksen. Sagen er, at rødforskydningen for den kan være lig med enten 5 eller 17. Hvis vi taler om en separat fjern galakse, så er dette et af de fjernest kendte lignende systemer, og hvis det er en del af en klynge, så taler igen om en milliard år efter Big Bang. Alt vil stå klart efter ny forskning.
Uanset om de er konfirmereterklærede optegnelser, vil nye opdagelser yde et væsentligt bidrag til forståelsen af udviklingsprocesserne i det tidlige univers. Selv "tætte" fjerne galakser med en rødforskydning på omkring 5 åbner for nye data.
Interstellar støv er et biprodukt af cyklussenstjernernes fødsel og død. For at påvirke rødforskydningen skal der være meget sådant støv. Og det betyder, at ekstremt intensiv stjernedannelse bør forekomme i sådanne galakser. Tidligere vidste forskerne ikke om sådanne processer.
Et stort antal fjerne galakser fra forskellige perioder af universets liv vil hjælpe med at forstå, hvordan de første stjernesystemer blev dannet og udviklet.
Læs mere:
"James Webb" sendte et foto af sammenstødet mellem to enorme galakser
"Unyttige" bakterier på Jorden vil give liv til kolonisterne på Mars
På pyramiden i Kina fandt et portræt af "forfædrenes konge". Han regerede for over 4.000 år siden