Viena iš pagrindinių James Webb kosminio teleskopo funkcijų yra surasti ankstyviausias galaktikas, plečiant mūsų
Šios žvaigždžių sistemos yra daug toliaunei visi anksčiau stebėti objektai visatoje. Mokslininkai rašo apie galaktikas, kurių raudonasis poslinkis yra nuo 12 iki 17. Tačiau šioje mokslo triumfo šventėje yra musė: kai kurie tyrinėtojai mano, kad objektų amžius gali būti iškreiptas, o rezultatus reikia atidžiai patikrinti.
Kuri galaktika yra tolimiausia?
Prieš paleidžiant James Webb kosminį teleskopąilgą laiką tolimiausia patvirtinta galaktika buvo GN-z11. Jis buvo aptiktas 2016 m., naudojant Hablo teleskopą. Jis yra maždaug 25 kartus mažesnis už Paukščių Taką ir sudaro apie 1% jo masės. Tuo pačiu metu žvaigždžių formavimasis jame vyko 20 kartų aktyviau.
GN-z11 yra Ursa Major žvaigždyne,o astrofizikai mano, kad raudonasis poslinkis yra 11,1. Tai reiškia, kad mes jį stebime tokį, koks jis buvo prieš 13,4 milijardo metų – praėjus vos 400 metų po Didžiojo sprogimo. Visatai nuolat plečiantis, galaktikos erdvėje tolsta viena nuo kitos. Todėl tinkamas atstumas iki GN-z11 yra maždaug 32 milijardai šviesmečių.
Dar prieš naujojo teleskopo paleidimą 2022 metų pavasarįastrofizikai paskelbė atradę dar tolimesnį kandidatą HD1. Jis buvo aptiktas naudojant Subaru kosminį teleskopą ir stebėjimus iš antžeminių observatorijų. Spektroskopijos duomenimis, jo raudonasis poslinkis yra 13,27, o tai atitinka 13,5 milijardo šviesmečių atstumą. O pati galaktika dabar nuo Žemės nutolusi 33,4 milijardo šviesmečių.
Praėjus vos savaitei po pirmųjų duomenų paskelbimoJames Webb teleskopu Harvardo-Smithsono astrofizikos centro mokslininkai paskelbė atradę galaktiką GLASS-z13, kuri preliminariai pasislinkusi ties 13. Tai yra maždaug 300 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Po savaitės buvo gautas pranešimas apie galaktiką, kurios raudonasis poslinkis yra 14 ir net 16,7. Jei tai tiesa, mes matome šias galaktikas tokias, kokios jos egzistavo maždaug 200 milijonų metų po Didžiojo sprogimo.
Tiesa, visi šie rezultatai yra preliminarūs: kol kas nė viena iš šių raudonojo poslinkio verčių nebuvo patvirtinta. Norint nustatyti atstumus iki šių galaktikų, reikės spektroskopinės analizės.
„Galaxy GN-z11“, kaip matoma Hablo kosminiu teleskopu.Vaizdas: NASA, ESA, P. Oeschas (Jeilio universitetas), G. Brammeris (STScI), P. van Dokkumas (Jeilio universitetas) ir G. Illingworthas (Kalifornijos universitetas, Santa Kruzas)
Kaip randamos naujos galaktikos?
Savo darbe mokslininkai naudojo skirtingus metodus.Pavyzdžiui, Misūrio-Kolumbijos universiteto astrofizikai panaudojo gravitacinio lęšio efektą, kurį sukūrė masyvi galaktikų spiečius SMACS J0723. Masyvus objektas iškraipo šviesos judėjimą, padidindamas tolimus objektus, kaip ir įprastas optinio teleskopo objektyvas. Naudodami šį metodą, mokslininkai rado 88 galaktikas kandidates, kurių raudonasis poslinkis yra ne mažesnis kaip 11. Kai kurios iš jų, anot tyrėjų, gali turėti raudonąjį poslinkį iki 20.
Kiti mokslininkai analizavo įvairius vaizdusdangaus sritys, kuriose nebuvo panaudotas gravitacinio lęšio efektas. Šie vaizdai yra „Cosmic Evolution Early Release Science“ (CEERS) tyrimo dalis, kurią sudaro 10 skirtingų dangaus regionų vaizdai, užfiksuoti teleskopo artimųjų infraraudonųjų spindulių kamera (NIRCam).
Norėdami patvirtinti tikrąjį tolimų amžiųobjektams reikalinga spektroskopinė analizė, kuri padalija šviesą iš objekto į spektrą. Norėdami tai padaryti, mokslininkai naudos James Webb teleskopo artimųjų infraraudonųjų spindulių spektrografą (NIRSpec), taip pat kosminio teleskopo vidurio infraraudonųjų spindulių instrumentą (MIRI).
Gravitacinio lęšio poveikis klasterio SMACS J0723 vaizde. Vaizdas: NASA, ESA, CSA ir STScI
Kas yra raudonasis poslinkis?
Tiriant ankstyvąją visatą, pagrindinisRodiklis, kurį naudoja mokslininkai, yra raudonasis poslinkis. Tai padeda suprasti, kaip greitai objektas tolsta nuo mūsų. Lygiai taip pat, kaip garvežio ar laivo signalas skamba žemiau jiems tolstant nuo stebėtojo, taip pat pasikeičia ir tolstančio objekto šviesos banga.
Visata nuolat plečiasi, o tai reiškiatolimos galaktikos tolsta nuo Žemės. Esant raudonajam poslinkiui, tolstančio objekto elektromagnetinė spinduliuotė padidina jo bangos ilgį. Tai reiškia, kad visos spektro detalės pasislenka raudonosios srities link.
Kuo toliau galaktika, tuo anksčiau ją pamatysime irtuo labiau jos šviesa buvo ištempta dėl Visatos plėtimosi. Dėl to mėlyna ir ultravioletinė šviesa iš karštų jaunų žvaigždžių mums pasirodo infraraudonaisiais spinduliais po 13,5 milijardo metų.
James Webb teleskopas yra aprūpintas jautriais instrumentais, kurie aptinka spinduliuotę įvairiose infraraudonųjų spindulių diapazono vietose ir todėl gali užfiksuoti ankstyvosios visatos spinduliuotę.
Raudona ir mėlyna pamainos. Vaizdas: Alešas Tošovský, CC BY-SA 3.0, per Wikimedia Commons
Kodėl pirmieji rezultatai gali būti klaidingi?
Preliminarūs tyrimai yra pagrįstipavieniai pastebėjimai ir gali būti netikslūs. Pavyzdžiui, dulkėtos žvaigždes formuojančios galaktikos, egzistavusios milijardus metų po Didžiojo sprogimo, gali apsirengti rekordiškai tolimomis galaktikomis. Be to, galaktikų skleidžiamą šviesą gali iškraipyti kiti objektai.
Pavyzdžiui, pagal tai, kaip raudonaCEERS-DSFG-1 galaktika pasirodo James Webb teleskopo nuotraukose, astronomai nustatė raudonąjį poslinkį nuo 17 iki 18. Tai reiškia, kad matome ją praėjus 220 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Tačiau japonų astronomai naudojo NOEMA submilimetrinį teleskopą, kad surastų tą pačią galaktiką ir parodytų, kad joje yra didžiulis dulkių kiekis.
Dulkės sugeria trumpesnius ir mėlynesnius bangos ilgiusžvaigždžių šviesa, įleisdama ilgesnius ir raudonesnius. Tai reiškia, kad vizualiai stebint iš Žemės, tokia galaktika atrodys raudonesnė. Pakoregavę stebėjimų rezultatus, kad būtų atsižvelgta į dulkių įtaką, mokslininkai parodė, kad tikrasis raudonasis poslinkis yra tik apie 5. Tai reiškia, kad galaktika matoma praėjus 1,3 milijardo metų po Didžiojo sprogimo.
„Galaxy CEERS-DSFG-1“ teleskopo nuotraukoje„James Webb“ su NOEMA stebėjimais, uždėtais ant jo kaip kontūrinės linijos. Dešinėje parodyta, kaip kandidatas atrodo žiūrint per skirtingus filtrus: jis nerodomas trumpesnio bangos ilgio filtruose, bet tampa labiau matomas raudonesniuose. Vaizdas: J. Zavala ir kt.
Tyrėjai pasiekė panašių rezultatųtyrinėja galaktiką kandidatę CEERS-1749. Savo atradimą jie pavadino Šriodingerio galaktika. Reikalas tas, kad jo raudonasis poslinkis gali būti lygus 5 arba 17. Jei kalbame apie atskirą tolimą galaktiką, tai yra viena iš labiausiai nutolusių žinomų panašių sistemų, o jei ji yra spiečiaus dalis, tada mes vėl kalbame apie milijardą metų po Didžiojo sprogimo. Viskas paaiškės po naujų tyrimų.
Nepriklausomai nuo to, ar jie patvirtintipaskelbtų rekordų, nauji atradimai reikšmingai prisidės prie ankstyvosios Visatos vystymosi procesų supratimo. Net „artimos“ tolimos galaktikos, kurių raudonasis poslinkis yra maždaug 5, atveria naujus duomenis.
Tarpžvaigždinės dulkės yra ciklo šalutinis produktasžvaigždžių gimimas ir mirtis. Kad paveiktų raudonąjį poslinkį, tokių dulkių turi būti daug. O tai reiškia, kad tokiose galaktikose turėtų vykti itin intensyvus žvaigždžių formavimasis. Anksčiau mokslininkai apie tokius procesus nežinojo.
Daugybė tolimų galaktikų iš skirtingų Visatos gyvavimo laikotarpių padės suprasti, kaip susiformavo ir vystėsi pirmosios žvaigždžių sistemos.
Skaityti daugiau:
„James Webb“ atsiuntė dviejų didžiulių galaktikų susidūrimo nuotrauką
„Nenaudingos“ bakterijos Žemėje suteiks gyvybę Marso kolonistams
Ant piramidės Kinijoje rastas „protėvių karaliaus“ portretas. Jis valdė daugiau nei prieš 4000 metų