Yksi James Webb -avaruusteleskoopin päätehtävistä on löytää varhaisimmat galaksit, mikä laajentaa
Nämä tähtijärjestelmät ovat paljon kauempanakuin kaikki aiemmin havaitut kohteet universumissa. Tiedemiehet kirjoittavat galakseista, joiden punasiirtymä on 12:sta 17:ään. Mutta tässä tieteellisen voiton juhlassa on kärpäsiä: jotkut tutkijat uskovat, että esineiden ikä voi vääristyä ja tulokset vaativat huolellista tarkistamista.
Mikä galaksi on kaukaisin?
Ennen James Webbin avaruusteleskoopin laukaisuapitkään kaukaisin vahvistettu galaksi oli GN-z11. Se löydettiin vuonna 2016 käyttämällä Hubble-teleskooppia. Se on noin 25 kertaa pienempi kuin Linnunrata ja on noin 1 % sen massasta. Samaan aikaan tähtien muodostuminen siinä eteni 20 kertaa aktiivisemmin.
GN-z11 sijaitsee Ursa Majorin tähdistössä,ja astrofyysikot arvioivat punasiirtymän olevan 11,1. Tämä tarkoittaa, että tarkkailemme sitä sellaisena kuin se oli 13,4 miljardia vuotta sitten - vain 400 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Kun universumi laajenee jatkuvasti, avaruuden galaksit etääntyvät toisistaan. Siksi oikea etäisyys GN-z11:een on noin 32 miljardia valovuotta.
Jo ennen uuden kaukoputken laukaisua keväällä 2022astrofyysikot ovat ilmoittaneet löytäneensä vielä kauempana olevan ehdokkaan, HD1:n. Se löydettiin käyttämällä Subaru-avaruusteleskooppia ja maanpäällisten observatorioiden havaintoja. Spektroskopian mukaan sen punasiirtymä on 13,27, mikä vastaa 13,5 miljardin valovuoden etäisyyttä. Ja itse galaksi on nyt 33,4 miljardin valovuoden päässä Maasta.
Vain viikko ensimmäisten tietojen julkaisemisen jälkeenHarvard-Smithsonianin astrofysiikan keskuksen tutkijat ilmoittivat James Webb Telescopessa löytäneensä GLASS-z13-galaksin, joka on alustavasti punasiirtymässä 13:ssa. Tämä on noin 300 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Viikkoa myöhemmin vastaanotettiin viesti galaksista, jonka punasiirtymä oli 14 ja jopa 16,7. Jos tämä on totta, näemme nämä galaksit sellaisina kuin ne olivat olemassa noin 200 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.
Totta, kaikki nämä tulokset ovat alustavia: toistaiseksi mitään näistä punasiirtymän arvoista ei ole vahvistettu. Näiden galaksien etäisyyksien määrittämiseksi tarvitaan spektroskooppinen analyysi.
Galaxy GN-z11 Hubble-avaruusteleskoopin avulla.Kuva: NASA, ESA, P. Oesch (Yalen yliopisto), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yalen yliopisto) ja G. Illingworth (Kalifornian yliopisto, Santa Cruz)
Miten uusia galakseja löydetään?
Tutkijat käyttivät työssään erilaisia menetelmiä.Esimerkiksi Missouri-Columbian yliopiston astrofyysikot käyttivät massiivisen galaksijoukon SMACS J0723 luomaa gravitaatiolinssiefektiä. Massiivinen esine vääristää valon liikettä ja suurentaa kaukana olevia kohteita, aivan kuten tavallinen optinen teleskooppilinssi. Tällä menetelmällä tutkijat ovat löytäneet 88 kandidaattigalaksia, joiden punasiirtymä on vähintään 11. Joillakin niistä voi tutkijoiden mukaan olla jopa 20 punasiirtymää.
Muut tutkijat analysoivat kuvia erilaisistataivaan alueet, joissa gravitaatiolinssien vaikutusta ei käytetty. Nämä kuvat ovat osa Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) -tutkimusta, joka koostuu kaukoputken lähi-infrapunakameralla (NIRCam) otetuista kuvista 10 eri taivaan alueelta.
Vahvistaa todellisen iän kaukanakohteet vaativat spektroskooppisen analyysin, joka jakaa kohteen valon spektriksi. Tätä varten tutkijat käyttävät James Webb -teleskoopin lähiinfrapunaspektrografia (NIRSpec) sekä avaruusteleskoopin keski-infrapunainstrumenttia (MIRI).
Gravitaatiolinssin vaikutus SMACS J0723 -klusterin kuvassa. Kuva: NASA, ESA, CSA ja STScI
Mikä on punasiirtymä?
Varhaisen maailmankaikkeuden tutkimuksessa tärkeinIndikaattori, jota tutkijat käyttävät, on punasiirtymä. Se auttaa ymmärtämään, kuinka nopeasti esine liikkuu pois meistä. Aivan kuten höyryveturin tai laivan signaali kuulostaa matalammalta, kun ne liikkuvat poispäin havainnoijasta, myös poistuvan kohteen valoaalto muuttuu.
Universumi laajenee jatkuvasti, mikä tarkoittaakaukaiset galaksit ovat siirtymässä pois maasta. Punasiirtymässä poistuvan kohteen sähkömagneettinen säteily lisää sen aallonpituutta. Tämä tarkoittaa, että kaikki spektrin yksityiskohdat siirtyvät kohti punaista aluetta.
Mitä kauempana galaksi on, sitä aikaisemmin näemme sen jasitä enemmän sen valo venyi universumin laajenemisen vuoksi. Tämän seurauksena kuumien nuorten tähtien sininen ja ultraviolettivalo näkyvät meille infrapunasäteilynä 13,5 miljardia vuotta myöhemmin.
James Webb -teleskooppi on varustettu herkillä instrumenteilla, jotka havaitsevat säteilyn eri osissa infrapuna-aluetta ja siksi ne pystyvät sieppaamaan varhaisen universumin säteilyä.
Punainen ja sininen vaihto. Kuva: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commonsin kautta
Miksi ensimmäiset tulokset voivat olla vääriä?
Esitutkimukset perustuvatyksittäisiä havaintoja ja voivat olla epätarkkoja. Esimerkiksi pölyiset tähtiä muodostavat galaksit, jotka olivat olemassa miljardeja vuosia alkuräjähdyksen jälkeen, voivat naamioitua ennätyksellisen kaukaisiksi galaksiksi. Ja lisäksi galaksien lähettämää valoa voivat vääristää muut kohteet.
Esimerkiksi sen perusteella, kuinka punainenCEERS-DSFG-1 galaksi näkyy James Webb -teleskoopin kuvissa, tähtitieteilijät ovat määrittäneet punasiirtymän 17:stä 18:aan. Tämä tarkoittaa, että näemme sen 220 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Japanilaiset tähtitieteilijät kuitenkin käyttivät NOEMA-submillimetriteleskooppia löytääkseen saman galaksin ja osoittaakseen, että se sisältää valtavan määrän pölyä.
Pöly imee lyhyempiä ja sinisempiä aallonpituuksiatähtivalo, päästää sisään pidempiä ja punaisempia. Tämä tarkoittaa, että visuaalisesti maasta katsottuna tällainen galaksi näyttää punaisemmalta. Mukautettuaan havaintotuloksia pölyn vaikutuksen huomioon ottamiseksi, tutkijat osoittivat, että todellinen punasiirtymä on vain noin 5. Tämä tarkoittaa, että galaksi on näkyvissä 1,3 miljardia vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.
Galaxy CEERS-DSFG-1 kaukoputken kuvassa"James Webb", jossa NOEMA-havainnot asetettiin sen päälle ääriviivaviivoina. Oikealla näkyy, miltä ehdokas näyttää eri suodattimien läpi katsottuna: se ei näy lyhyemmillä aallonpituuksilla, mutta tulee näkyvämmäksi punaisemmilla suodattimilla. Kuva: J. Zavala et al.
Tutkijat päätyivät samanlaisiin tuloksiintutkii ehdokasgalaksia CEERS-1749. He kutsuivat löytöään Schrödinger-galaksiksi. Asia on siinä, että sen punasiirtymä voi olla joko 5 tai 17. Jos puhumme erillisestä kaukaisesta galaksista, niin tämä on yksi kaukaisimmista tunnetuista vastaavista järjestelmistä, ja jos se on osa klusteria, niin puhuvat jälleen miljardista vuodesta alkuräjähdyksen jälkeen. Kaikki selviää uusien tutkimusten jälkeen.
Riippumatta siitä, onko ne vahvistettuIlmoitetut ennätykset, uudet löydöt auttavat merkittävästi ymmärtämään varhaisen universumin kehitysprosesseja. Jopa "läheiset" kaukaiset galaksit, joiden punasiirtymä on noin 5, avaavat uutta tietoa.
Tähtienvälinen pöly on syklin sivutuotetähtien syntymä ja kuolema. Jotta punasiirtymään voisi vaikuttaa, tällaista pölyä on oltava paljon. Ja tämä tarkoittaa, että tällaisissa galakseissa pitäisi tapahtua erittäin intensiivistä tähtien muodostumista. Aiemmin tutkijat eivät tienneet tällaisista prosesseista.
Suuri määrä kaukaisia galakseja maailmankaikkeuden eri elämänjaksoista auttaa ymmärtämään, kuinka ensimmäiset tähtijärjestelmät muodostuivat ja kehittyivät.
Lue lisää:
"James Webb" lähetti kuvan kahden valtavan galaksin törmäyksestä
"Hyödyttömät" bakteerit maan päällä tarjoavat elämää Marsin siirtolaisille
Kiinan pyramidista löytyi muotokuva "esi-isien kuninkaasta". Hän hallitsi yli 4000 vuotta sitten