Одна из главных функций космического телескопа «Джеймс Уэбб» — найти самые ранние галактики, расширяя наши
מערכות הכוכבים האלה הרבה יותר רחוקותמכל העצמים שנצפו בעבר ביקום. מדענים כותבים על גלקסיות עם הסטה לאדום מ-12 ל-17. אבל יש זבוב במשחה בחגיגת הניצחון המדעית הזו: כמה חוקרים מאמינים שניתן לעוות את גילם של עצמים והתוצאות דורשות אימות קפדני.
איזו גלקסיה הכי רחוקה?
לפני שיגור טלסקופ החלל ג'יימס ווב בבמשך זמן רב הגלקסיה המאושרת הרחוקה ביותר הייתה GN-z11. הוא התגלה בשנת 2016 באמצעות טלסקופ האבל. הוא קטן בערך פי 25 משביל החלב והוא בערך 1% מהמסה שלו. במקביל, היווצרות הכוכבים בו התנהלה פי 20 בצורה פעילה יותר.
GN-z11 расположена в созвездии Большая Медведица, и астрофизики оценивают красное смещение в 11,1. Это значит, что мы наблюдаем ее такой, какой она была 13,4 млрд лет назад — всего через 400 лет после Большого взрыва. Поскольку Вселенная постоянно расширяется, галактики в космосе удаляются друг от друга. Поэтому собственное расстояние до GN-z11 составляет около 32 млрд световых лет.
עוד לפני השקת הטלסקופ החדש באביב 2022אסטרופיזיקאים הכריזו על גילויו של מועמד רחוק עוד יותר, HD1. הוא התגלה באמצעות טלסקופ החלל סובארו ותצפיות ממצפה כוכבים. לפי הספקטרוסקופיה, ההסטה לאדום שלו היא 13.27, המקבילה למרחק של 13.5 מיליארד שנות אור. והגלקסיה עצמה נמצאת כעת במרחק של 33.4 מיליארד שנות אור מכדור הארץ.
שבוע בלבד לאחר פרסום הנתונים הראשוניםבטלסקופ ג'יימס ווב, חוקרים במרכז הרווארד-סמית'סוניאן לאסטרופיזיקה הכריזו על גילויה של גלקסיית GLASS-z13, שהוסטה לאדום באופן טנטטיבי ב-13. מדובר בכ-300 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. שבוע לאחר מכן התקבלה הודעה על גלקסיה עם הסטה לאדום של 14 ואפילו 16.7. אם זה נכון, אז אנו רואים את הגלקסיות הללו כפי שהתקיימו כ-200 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול.
נכון, כל התוצאות הללו הן ראשוניות: עד כה אף אחד מערכי ההיסט לאדום לא אושר. כדי לקבוע את המרחקים לגלקסיות אלה, יידרש ניתוח ספקטרוסקופי.
גלקסי GN-z11 כפי שנראה על ידי טלסקופ החלל האבל.תמונה: נאס"א, ESA, P. Oesch (אוניברסיטת ייל), G. Brammer (STScI), P. Van Dokkum (אוניברסיטת ייל) ו-G. Illingworth (אוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז)
כיצד מוצאים גלקסיות חדשות?
בעבודתם השתמשו מדענים בשיטות שונות.לדוגמה, אסטרופיזיקאים מאוניברסיטת מיזורי-קולומביה השתמשו באפקט עדשות הכבידה שנוצרו על ידי צביר הגלקסיות המאסיבי SMACS J0723. עצם מאסיבי מעוות את תנועת האור, ומגדיל עצמים מרוחקים, בדיוק כמו עדשת טלסקופ אופטי רגילה. בשיטה זו, מדענים מצאו 88 גלקסיות מועמדות עם הסטה לאדום של לפחות 11. לחלק מהן, על פי החוקרים, עשויה להיות הסטה לאדום של עד 20.
מדענים אחרים ניתחו תמונות שונותאזורים בשמים שבהם לא נעשה שימוש באפקט של עדשת כבידה. תמונות אלו הן חלק ממחקר Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), המורכב מתמונות של 10 אזורים שונים בשמיים שצולמו על ידי המצלמה הקרובה לאינפרא אדום (NIRCam) של הטלסקופ.
כדי לאשר את הגיל האמיתי של רחוקיםאובייקטים דורשים ניתוח ספקטרוסקופי, אשר מפצל את האור מהאובייקט לספקטרום. לשם כך, המדענים ישתמשו בספקטרוגרף אינפרא אדום קרוב של טלסקופ ג'יימס ווב (NIRSpec) וכן במכשיר האינפרא אדום האמצעי (MIRI) של טלסקופ החלל.
ההשפעה של עדשת כבידה בתמונה של אשכול SMACS J0723. תמונה: NASA, ESA, CSA ו-STScI
מהי הסטה לאדום?
בחקר היקום המוקדם, העיקריהמדד שמדענים משתמשים בו הוא ההיסט לאדום. זה עוזר להבין כמה מהר חפץ מתרחק מאיתנו. בדיוק כפי שהאות של קטר קיטור או ספינה נשמע נמוך יותר כשהם מתרחקים מהצופה, גם גל האור מעצם נסוג משתנה.
Вселенная постоянно расширяется, а значит, далекие галактики движутся прочь от Земли. При красном смещении электромагнитное излучение от удаляющегося объекта увеличивает длину волны. Это значит, что все детали спектра сдвигаются в сторону красного участка.
Чем дальше галактика, тем раньше мы ее видим и тем больше ее свет растянулся из-за расширения Вселенной. В результате синий и ультрафиолетовый свет от горячих молодых звезд через 13,5 млрд лет кажется нам инфракрасным.
טלסקופ ג'יימס ווב מצויד במכשירים רגישים המזהים קרינה בחלקים שונים של טווח האינפרא אדום ובגלל זה הם יכולים ללכוד את קרינת היקום המוקדם.
Красное и синее смещение. Изображение: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
למה התוצאות הראשונות יכולות להיות שגויות?
מחקרים ראשוניים מבוססים עלתצפיות בודדות ועשויות להיות לא מדויקות. לדוגמה, גלקסיות יוצרות כוכבים מאובקות שהתקיימו מיליארדי שנים לאחר המפץ הגדול יכולות להתחזות לרחקות שוברות שיאים. וחוץ מזה, האור הנפלט מגלקסיות יכול להיות מעוות על ידי עצמים אחרים.
לדוגמה, על סמך כמה אדוםהגלקסיה CEERS-DSFG-1 מופיעה בתמונות טלסקופ ג'יימס ווב, אסטרונומים קבעו את ההסטה לאדום מ-17 ל-18. זה אומר שאנחנו רואים אותה 220 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול. עם זאת, אסטרונומים יפנים השתמשו בטלסקופ תת-מילימטר NOEMA כדי למצוא את אותה גלקסיה ולהראות שהיא מכילה כמות עצומה של אבק.
אבק סופג אורכי גל קצרים וכחולים יותראור כוכבים, מכניס אורות ארוכים ואדומים יותר. המשמעות היא שכאשר נצפה חזותית מכדור הארץ, גלקסיה כזו תיראה אדומה יותר. לאחר התאמת תוצאות התצפית כדי לקחת בחשבון את השפעת האבק, מדענים הראו שההסטה לאדום האמיתית היא רק כ-5. המשמעות היא שהגלקסיה נראית 1.3 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול.
גלקסיה CEERS-DSFG-1 בתמונת הטלסקופ"ג'יימס ווב" עם תצפיות NOEMA המונחות מעליו כקווי מתאר. בצד ימין נראה איך המועמד נראה כשהוא צופה דרך מסננים שונים: הוא לא מופיע במסננים באורך גל קצר יותר, אלא הופך גלוי יותר במסננים אדומים יותר. תמונה: J. Zavala et al.
חוקרים הגיעו לתוצאות דומותלומד את הגלקסיה המועמדת CEERS-1749. הם כינו את הגילוי שלהם גלקסיית שרדינגר. העניין הוא שההסטה לאדום עבורה יכולה להיות שווה ל-5 או 17. אם אנחנו מדברים על גלקסיה רחוקה נפרדת, אז זו אחת המערכות הדומות הידועות ביותר, ואם היא חלק מצביר, אז אנחנו שוב מדברים על מיליארד שנים אחרי המפץ הגדול. הכל יתברר לאחר מחקר חדש.
לא משנה אם הם מאושריםרשומות מוצהרות, תגליות חדשות יתרמו תרומה משמעותית להבנת תהליכי ההתפתחות של היקום המוקדם. אפילו גלקסיות רחוקות "סגורות" עם הסטה לאדום של בערך 5 פותחות נתונים חדשים.
אבק בין כוכבי הוא תוצר לוואי של המחזורלידתם ומותם של כוכבים. כדי להשפיע על ההסטה לאדום, חייב להיות הרבה אבק כזה. וזה אומר שהיווצרות כוכבים אינטנסיבית ביותר צריכה להתרחש בגלקסיות כאלה. בעבר, מדענים לא ידעו על תהליכים כאלה.
מספר רב של גלקסיות רחוקות מתקופות שונות בחיי היקום יסייעו להבין כיצד נוצרו והתפתחו מערכות הכוכבים הראשונות.
קרא עוד:
"ג'יימס ווב" שלח תמונה של התנגשות של שתי גלקסיות ענקיות
חיידקים "חסרי תועלת" על פני כדור הארץ יספקו חיים למתנחלים של מאדים
על הפירמידה בסין נמצא דיוקן של "מלך האבות". הוא שלט לפני למעלה מ-4,000 שנה