Viena no Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa galvenajām funkcijām ir atrast senākās galaktikas, paplašinot mūsu
Šīs zvaigžņu sistēmas atrodas daudz tālāknekā visi iepriekš novērotie objekti Visumā. Zinātnieki raksta par galaktikām ar sarkano nobīdi no 12 līdz 17. Taču šajos zinātnes triumfa svētkos ir muša: daži pētnieki uzskata, ka objektu vecums var tikt izkropļots un rezultāti ir rūpīgi jāpārbauda.
Kura galaktika ir vistālāk?
Pirms Džeimsa Veba kosmiskā teleskopa palaišanasilgu laiku vistālāk apstiprinātā galaktika bija GN-z11. Tas tika atklāts 2016. gadā, izmantojot Habla teleskopu. Tas ir apmēram 25 reizes mazāks par Piena ceļu un veido aptuveni 1% no tā masas. Tajā pašā laikā zvaigžņu veidošanās tajā noritēja 20 reizes aktīvāk.
GN-z11 atrodas Lielās Ursas zvaigznājā,un astrofiziķi lēš, ka sarkanā nobīde ir 11,1. Tas nozīmē, ka mēs to novērojam tādu, kāds tas bija pirms 13,4 miljardiem gadu — tikai 400 gadus pēc Lielā sprādziena. Tā kā Visums nepārtraukti paplašinās, galaktikas kosmosā attālinās viena no otras. Tāpēc pareizais attālums līdz GN-z11 ir aptuveni 32 miljardi gaismas gadu.
Pat pirms jaunā teleskopa palaišanas 2022. gada pavasarīastrofiziķi ir paziņojuši par vēl tālāka kandidāta HD1 atklāšanu. Tas tika atklāts, izmantojot Subaru kosmisko teleskopu un novērojumus no zemes observatorijām. Saskaņā ar spektroskopiju tā sarkanā nobīde ir 13,27, kas atbilst 13,5 miljardu gaismas gadu attālumam. Un pati galaktika tagad atrodas 33,4 miljardu gaismas gadu attālumā no Zemes.
Tikai nedēļu pēc pirmo datu publicēšanasDžeimsa Veba teleskopā Hārvarda-Smitsona Astrofizikas centra pētnieki paziņoja par galaktikas GLASS-z13 atklāšanu, kas provizoriski ir sarkanā nobīde pie 13. Tas ir aptuveni 300 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena. Pēc nedēļas tika saņemta ziņa par galaktiku ar sarkano nobīdi 14 un pat 16,7. Ja tā ir taisnība, tad mēs redzam šīs galaktikas tādas, kādas tās pastāvēja aptuveni 200 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena.
Tiesa, visi šie rezultāti ir provizoriski: līdz šim neviena no šīm sarkanās nobīdes vērtībām nav apstiprināta. Lai noteiktu attālumus līdz šīm galaktikām, būs nepieciešama spektroskopiskā analīze.
Galaxy GN-z11, ko redz Habla kosmiskais teleskops.Attēls: NASA, ESA, P. Ešs (Jēlas universitāte), G. Bramers (STScI), P. van Dokkums (Jēlas universitāte) un G. Ilingvorts (Kalifornijas Universitāte, Santakrusa)
Kā tiek atrastas jaunas galaktikas?
Savā darbā zinātnieki izmantoja dažādas metodes.Piemēram, Misūri-Kolumbijas universitātes astrofiziķi izmantoja gravitācijas lēcu efektu, ko radīja masīvā galaktiku kopa SMACS J0723. Masīvs objekts izkropļo gaismas kustību, palielinot attālos objektus, tāpat kā parasta optiskā teleskopa lēca. Izmantojot šo metodi, zinātnieki ir atraduši 88 kandidātgalaktikas, kuru sarkanā nobīde ir vismaz 11. Dažām no tām, pēc pētnieku domām, sarkanā nobīde var būt līdz pat 20.
Citi zinātnieki analizēja dažādu attēlu attēlusdebesu apgabali, kur netika izmantots gravitācijas lēcas efekts. Šie attēli ir daļa no Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) pētījuma, kas sastāv no 10 dažādu debesu reģionu attēliem, kas uzņemti ar teleskopa tuvās infrasarkanās kameras (NIRCam) palīdzību.
Lai apstiprinātu īsto vecumu tāluobjektiem nepieciešama spektroskopiskā analīze, kas sadala gaismu no objekta spektrā. Lai to izdarītu, zinātnieki izmantos Džeimsa Veba teleskopa tuvās infrasarkano staru spektrogrāfu (NIRSpec), kā arī kosmosa teleskopa vidējo infrasarkano staru instrumentu (MIRI).
Gravitācijas lēcu ietekme klastera SMACS J0723 attēlā. Attēls: NASA, ESA, CSA un STScI
Kas ir sarkanā nobīde?
Agrīnā Visuma izpētē galvenaisRādītājs, ko izmanto zinātnieki, ir sarkanā nobīde. Tas palīdz saprast, cik ātri objekts attālinās no mums. Tāpat kā tvaika lokomotīves vai kuģa signāls atskan zemāk, kad tie attālinās no novērotāja, mainās arī attālināta objekta gaismas vilnis.
Visums nepārtraukti paplašinās, kas nozīmētālās galaktikas attālinās no Zemes. Sarkanajā nobīdē elektromagnētiskais starojums no attālināta objekta palielina tā viļņa garumu. Tas nozīmē, ka visas spektra detaļas novirzās uz sarkano reģionu.
Jo tālāk atrodas galaktika, jo agrāk mēs to redzam unjo vairāk tā gaisma tika izstiepta Visuma izplešanās dēļ. Rezultātā zilā un ultravioletā gaisma no karstām jaunajām zvaigznēm mums parādās infrasarkanā veidā 13,5 miljardus gadu vēlāk.
Džeimsa Veba teleskops ir aprīkots ar jutīgiem instrumentiem, kas nosaka starojumu dažādās infrasarkanā diapazona daļās, un tāpēc tie var uztvert agrīnā Visuma starojumu.
Sarkanā un zilā maiņa. Attēls: Alešs Tošovský, CC BY-SA 3.0, izmantojot Wikimedia Commons
Kāpēc pirmie rezultāti var būt nepareizi?
Iepriekšējie pētījumi ir balstīti uzatsevišķi novērojumi un var būt neprecīzi. Piemēram, putekļainās zvaigžņu veidojošās galaktikas, kas pastāvēja miljardiem gadu pēc Lielā sprādziena, var maskēties kā rekordlielas tālu galaktikas. Turklāt galaktiku izstaroto gaismu var izkropļot citi objekti.
Piemēram, pamatojoties uz to, cik sarkansCEERS-DSFG-1 galaktika parādās Džeimsa Veba teleskopa attēlos, astronomi ir noteikuši sarkano nobīdi no 17 uz 18. Tas nozīmē, ka mēs to redzam 220 miljonus gadu pēc Lielā sprādziena. Tomēr japāņu astronomi izmantoja NOEMA submilimetru teleskopu, lai atrastu to pašu galaktiku un parādītu, ka tajā ir milzīgs daudzums putekļu.
Putekļi absorbē īsākus un zilākus viļņu garumuszvaigžņu gaismu, ielaižot garākus un sarkanākus. Tas nozīmē, ka, vizuāli novērojot no Zemes, šāda galaktika šķitīs sarkanāka. Pēc novērojumu rezultātu pielāgošanas, lai ņemtu vērā putekļu ietekmi, zinātnieki parādīja, ka reālā sarkanā nobīde ir tikai aptuveni 5. Tas nozīmē, ka galaktika ir redzama 1,3 miljardus gadu pēc Lielā sprādziena.
Galaxy CEERS-DSFG-1 teleskopa attēlā"Džeimss Vebs" ar NOEMA novērojumiem virs tā kā kontūrlīnijas. Labajā pusē ir redzams, kā kandidāts izskatās, skatoties caur dažādiem filtriem: tas neparādās īsāka viļņa garuma filtros, bet kļūst redzamāks sarkanākos filtros. Attēls: J. Zavala u.c.
Pētnieki nonāca pie līdzīgiem rezultātiempētot kandidātu galaktiku CEERS-1749. Viņi savu atklājumu sauca par Šrēdingera galaktiku. Lieta tāda, ka sarkanā nobīde tai var būt vienāda ar 5 vai 17. Ja mēs runājam par atsevišķu tālu galaktiku, tad šī ir viena no vistālāk zināmajām līdzīgām sistēmām, un, ja tā ir daļa no kopas, tad mēs atkal runā par miljardu gadu pēc Lielā sprādziena. Viss kļūs skaidrs pēc jauniem pētījumiem.
Neatkarīgi no tā, vai tie ir apstiprinātideklarētos rekordus, jauni atklājumi sniegs būtisku ieguldījumu agrīnā Visuma attīstības procesu izpratnē. Pat "tuvas" tālu galaktikas ar sarkano nobīdi aptuveni 5 paver jaunus datus.
Starpzvaigžņu putekļi ir cikla blakusproduktszvaigžņu dzimšana un nāve. Lai ietekmētu sarkano nobīdi, šādiem putekļiem jābūt daudz. Un tas nozīmē, ka šādās galaktikās jānotiek ārkārtīgi intensīvai zvaigžņu veidošanās procesam. Iepriekš zinātnieki par šādiem procesiem nezināja.
Liels skaits tālu galaktiku no dažādiem Visuma dzīves periodiem palīdzēs saprast, kā veidojās un attīstījās pirmās zvaigžņu sistēmas.
Lasīt vairāk:
"Džeimss Vebs" atsūtīja fotogrāfiju ar divu milzīgu galaktiku sadursmi
"Nelietderīgās" baktērijas uz Zemes nodrošinās dzīvību Marsa kolonistiem
Uz piramīdas Ķīnā tika atrasts "senču karaļa" portrets. Viņš valdīja vairāk nekā pirms 4000 gadiem