En av hovedfunksjonene til James Webb-romteleskopet er å finne de tidligste galaksene, og utvide vår
Disse stjernesystemene er mye lenger unnaenn alle tidligere observerte objekter i universet. Forskere skriver om galakser med rødforskyvninger fra 12 til 17. Men det er en flue i salven i denne feiringen av vitenskapelig triumf: Noen forskere mener at alderen til objekter kan forvrenges og resultatene krever nøye verifisering.
Hvilken galakse er den fjerneste?
Før oppskytingen av James Webb-romteleskopet ii lang tid var den fjerneste bekreftede galaksen GN-z11. Det ble oppdaget i 2016 ved hjelp av Hubble-teleskopet. Den er omtrent 25 ganger mindre enn Melkeveien og utgjør omtrent 1 % av massen. Samtidig fortsatte stjernedannelsen i den 20 ganger mer aktivt.
GN-z11 ligger i stjernebildet Ursa Major,og astrofysikere anslår rødforskyvningen til 11,1. Dette betyr at vi observerer det slik det var for 13,4 milliarder år siden – bare 400 år etter Big Bang. Når universet utvides kontinuerlig, beveger galakser i verdensrommet seg bort fra hverandre. Derfor er riktig avstand til GN-z11 omtrent 32 milliarder lysår.
Allerede før lanseringen av det nye teleskopet våren 2022astrofysikere har annonsert oppdagelsen av en enda fjernere kandidat, HD1. Det ble oppdaget ved hjelp av Subaru Space Telescope og observasjoner fra bakkebaserte observatorier. I følge spektroskopi er rødforskyvningen 13,27, som tilsvarer en avstand på 13,5 milliarder lysår. Og selve galaksen er nå 33,4 milliarder lysår fra Jorden.
Bare en uke etter publiseringen av de første dataeneVed James Webb-teleskopet annonserte forskere ved Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics oppdagelsen av GLASS-z13-galaksen, som foreløpig er rødforskyvet ved 13. Dette er omtrent 300 millioner år etter Big Bang. En uke senere ble det mottatt en melding om en galakse med en rødforskyvning på 14 og til og med 16,7. Hvis dette er sant, så ser vi disse galaksene slik de eksisterte omtrent 200 millioner år etter Big Bang.
Riktignok er alle disse resultatene foreløpige: så langt er ingen av disse rødforskyvningsverdiene bekreftet. For å fastslå avstandene til disse galaksene, vil det være nødvendig med spektroskopisk analyse.
Galaxy GN-z11 sett av Hubble-romteleskopet.Bilde: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University) og G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)
Hvordan blir nye galakser funnet?
I sitt arbeid brukte forskere forskjellige metoder.For eksempel brukte astrofysikere ved University of Missouri-Columbia gravitasjonslinseeffekten skapt av den massive galaksehopen SMACS J0723. Et massivt objekt forvrenger bevegelsen til lys, og forstørrer fjerne objekter, omtrent som en vanlig optisk teleskoplinse. Ved å bruke denne metoden har forskere funnet 88 kandidatgalakser med en rødforskyvning på minst 11. Noen av dem kan ifølge forskerne ha en rødforskyvning på opptil 20.
Andre forskere analyserte bilder av forskjelligeområder på himmelen der effekten av gravitasjonslinser ikke ble brukt. Disse bildene er en del av studien Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), som består av bilder av 10 forskjellige områder av himmelen tatt av teleskopets nær-infrarøde kamera (NIRCam).
For å bekrefte den virkelige alderen av fjerneobjekter krever spektroskopisk analyse, som deler lyset fra objektet inn i et spektrum. For å gjøre dette vil forskerne bruke James Webb Telescope's Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) samt Space Telescope's Mid-Infrared Instrument (MIRI).
Effekten av gravitasjonslinser i bildet av klyngen SMACS J0723. Bilde: NASA, ESA, CSA og STScI
Hva er rødforskyvning?
I studiet av det tidlige universet, de viktigsteIndikatoren som forskere bruker er rødforskyvningen. Det hjelper å forstå hvor raskt et objekt beveger seg bort fra oss. Akkurat som signalet til et damplokomotiv eller et skip høres lavere når de beveger seg bort fra observatøren, endres også lysbølgen fra et gjenstand som går tilbake.
Universet utvider seg hele tiden, noe som betyrfjerne galakser beveger seg bort fra jorden. Ved rødforskyvning øker elektromagnetisk stråling fra et vikende objekt bølgelengden. Dette betyr at alle detaljene i spekteret skifter mot det røde området.
Jo lenger unna galaksen er, jo tidligere ser vi den ogjo mer ble lyset strukket på grunn av universets utvidelse. Som et resultat vises blått og ultrafiolett lys fra varme unge stjerner infrarødt for oss 13,5 milliarder år senere.
James Webb-teleskopet er utstyrt med følsomme instrumenter som oppdager stråling i ulike deler av det infrarøde området og det er derfor de kan fange opp strålingen fra det tidlige universet.
Rødt og blått skifte. Bilde: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Hvorfor kan de første resultatene være feil?
Forundersøkelser er basert påenkeltobservasjoner og kan være unøyaktige. For eksempel kan støvete stjernedannende galakser som eksisterte milliarder av år etter Big Bang forkle seg som rekordstore fjerntliggende galakser. Og dessuten kan lyset som sendes ut av galakser bli forvrengt av andre objekter.
For eksempel basert på hvor rødtgalaksen CEERS-DSFG-1 vises på James Webb-bildene, astronomer har bestemt rødforskyvningen fra 17 til 18. Dette betyr at vi ser den 220 millioner år etter Big Bang. Japanske astronomer brukte imidlertid NOEMA-submillimeterteleskopet for å finne den samme galaksen og vise at den inneholder en enorm mengde støv.
Støv absorberer kortere og blåere bølgelengderstjernelys, slipper inn lengre og rødere. Dette betyr at når den observeres visuelt fra jorden, vil en slik galakse se rødere ut. Etter å ha justert observasjonsresultatene for å ta hensyn til støvets påvirkning, viste forskerne at den reelle rødforskyvningen bare er rundt 5. Dette betyr at galaksen er synlig 1,3 milliarder år etter Big Bang.
Galaxy CEERS-DSFG-1 på bildet av teleskopet"James Webb" med NOEMA-observasjoner lagt over den som konturlinjer. Til høyre er hvordan kandidaten ser ut når den ses gjennom forskjellige filtre: den vises ikke i kortere bølgelengdefiltre, men blir mer synlig i rødere filtre. Bilde: J. Zavala et al.
Forskere kom til lignende resultaterstuderer kandidatgalaksen CEERS-1749. De kalte oppdagelsen Schrödinger-galaksen. Saken er at rødforskyvningen for den kan være lik enten 5 eller 17. Hvis vi snakker om en separat fjern galakse, så er dette et av de fjerneste kjente lignende systemene, og hvis det er en del av en klynge, så er vi snakker igjen om en milliard år etter Big Bang. Alt vil bli klart etter ny forskning.
Uansett om de er konfirmerterklærte poster, vil nye funn gi et betydelig bidrag til å forstå prosessene for utvikling av det tidlige universet. Selv "nære" fjerne galakser med en rødforskyvning på rundt 5 åpner for nye data.
Interstellart støv er et biprodukt av syklusenstjernenes fødsel og død. For å påvirke rødforskyvningen må det være mye slikt støv. Og dette betyr at ekstremt intensiv stjernedannelse bør skje i slike galakser. Tidligere visste ikke forskerne om slike prosesser.
Et stort antall fjerne galakser fra forskjellige perioder av universets liv vil bidra til å forstå hvordan de første stjernesystemene ble dannet og utviklet.
Les mer:
«James Webb» sendte et bilde av kollisjonen mellom to enorme galakser
«Ubrukelige» bakterier på jorden vil gi liv til kolonistene på Mars
På pyramiden i Kina fant et portrett av "kongen av forfedre". Han regjerte for over 4000 år siden