Jednou z hlavných funkcií vesmírneho teleskopu Jamesa Webba je nájsť najskoršie galaxie a rozšíriť naše
Tieto hviezdne systémy sú oveľa ďalejnež všetky predtým pozorované objekty vo vesmíre. Vedci píšu o galaxiách s červeným posunom od 12 do 17. V tejto oslave vedeckého triumfu je však mucha: niektorí výskumníci sa domnievajú, že vek objektov môže byť skreslený a výsledky si vyžadujú starostlivé overenie.
Ktorá galaxia je najvzdialenejšia?
Pred vypustením vesmírneho teleskopu Jamesa Webba vpo dlhú dobu bola najvzdialenejšou potvrdenou galaxiou GN-z11. Objavili ho v roku 2016 pomocou Hubbleovho teleskopu. Je asi 25-krát menšia ako Mliečna dráha a tvorí asi 1 % jej hmotnosti. Tvorba hviezd v ňom zároveň prebiehala 20-krát aktívnejšie.
GN-z11 sa nachádza v súhvezdí Veľkej medvedice,a astrofyzici odhadujú červený posun na 11,1. To znamená, že ho pozorujeme tak, ako pred 13,4 miliardami rokov – len 400 rokov po Veľkom tresku. Ako sa vesmír neustále rozširuje, galaxie vo vesmíre sa od seba vzďaľujú. Správna vzdialenosť k GN-z11 je teda približne 32 miliárd svetelných rokov.
Ešte pred spustením nového teleskopu na jar 2022astrofyzici oznámili objav ešte vzdialenejšieho kandidáta, HD1. Bol objavený pomocou vesmírneho teleskopu Subaru a pozorovaní z pozemných observatórií. Podľa spektroskopie je jeho červený posun 13,27, čo zodpovedá vzdialenosti 13,5 miliardy svetelných rokov. A samotná galaxia je teraz od Zeme vzdialená 33,4 miliardy svetelných rokov.
Len týždeň po zverejnení prvých údajovV teleskopu Jamesa Webba oznámili výskumníci z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics objav galaxie GLASS-z13, ktorá má predbežne červený posun na 13. To je asi 300 miliónov rokov po Veľkom tresku. O týždeň neskôr bola prijatá správa o galaxii s červeným posunom 14 a dokonca 16,7. Ak je to pravda, potom vidíme tieto galaxie tak, ako existovali asi 200 miliónov rokov po Veľkom tresku.
Je pravda, že všetky tieto výsledky sú predbežné: zatiaľ žiadna z týchto hodnôt červeného posunu nebola potvrdená. Na stanovenie vzdialeností týchto galaxií bude potrebná spektroskopická analýza.
Galaxia GN-z11 videná Hubblovým vesmírnym teleskopom.Obrázok: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University) a G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)
Ako sa nachádzajú nové galaxie?
Vedci pri svojej práci používali rôzne metódy.Napríklad astrofyzici z University of Missouri-Columbia použili efekt gravitačnej šošovky, ktorý vytvorila masívna kopa galaxií SMACS J0723. Masívny objekt skresľuje pohyb svetla a zväčšuje vzdialené objekty, rovnako ako bežná šošovka optického teleskopu. Pomocou tejto metódy vedci našli 88 kandidátskych galaxií s červeným posunom najmenej 11. Niektoré z nich môžu mať podľa výskumníkov červený posun až 20.
Iní vedci analyzovali obrázky rôznychoblasti oblohy, kde sa nevyužil efekt gravitačnej šošovky. Tieto snímky sú súčasťou štúdie Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), ktorá pozostáva zo snímok 10 rôznych oblastí oblohy nasnímaných blízkou infračervenou kamerou ďalekohľadu (NIRCam).
Na potvrdenie skutočného veku vzdialenýchobjekty vyžadujú spektroskopickú analýzu, ktorá rozdeľuje svetlo z objektu do spektra. Vedci na to použijú Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) teleskopu Jamesa Webba a tiež Mid-Infrared Instrument (MIRI) vesmírneho teleskopu.
Účinok gravitačnej šošovky na obrázku klastra SMACS J0723. Obrázok: NASA, ESA, CSA a STScI
Čo je červený posun?
Pri štúdiu raného vesmíru hlavnáIndikátor, ktorý vedci používajú, je červený posun. Pomáha pochopiť, ako rýchlo sa objekt od nás vzďaľuje. Tak ako signál parnej lokomotívy alebo lode znie pri ich vzďaľovaní od pozorovateľa nižšie, mení sa aj svetelná vlna od vzďaľujúceho sa objektu.
Vesmír sa neustále rozpína, čo znamenávzdialené galaxie sa vzďaľujú od Zeme. Pri červenom posune zväčšuje elektromagnetické žiarenie vzďaľujúceho sa objektu svoju vlnovú dĺžku. To znamená, že všetky detaily spektra sa posúvajú smerom k červenej oblasti.
Čím ďalej je galaxia, tým skôr ju vidíme atým viac sa jeho svetlo rozpínalo v dôsledku rozpínania vesmíru. V dôsledku toho sa nám modré a ultrafialové svetlo z horúcich mladých hviezd javí ako infračervené o 13,5 miliardy rokov neskôr.
Teleskop Jamesa Webba je vybavený citlivými prístrojmi, ktoré detegujú žiarenie v rôznych častiach infračerveného rozsahu, a preto dokážu zachytiť žiarenie raného vesmíru.
Červený a modrý posun. Obrázok: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, cez Wikimedia Commons
Prečo môžu byť prvé výsledky nesprávne?
Predbežné štúdie sú založené najednotlivé pozorovania a môžu byť nepresné. Napríklad prašné hviezdotvorné galaxie, ktoré existovali miliardy rokov po Veľkom tresku, sa môžu maskovať ako rekordne vzdialené galaxie. A okrem toho, svetlo vyžarované galaxiami môže byť skreslené inými objektmi.
Napríklad podľa toho, aká červenágalaxia CEERS-DSFG-1 sa objavuje na snímkach Jamesa Webba, astronómovia určili červený posun zo 17 na 18. To znamená, že ju vidíme 220 miliónov rokov po veľkom tresku. Japonskí astronómovia však pomocou submilimetrového teleskopu NOEMA našli rovnakú galaxiu a ukázali, že obsahuje obrovské množstvo prachu.
Prach pohlcuje kratšie a modrejšie vlnové dĺžkyhviezdne svetlo, ktoré prepúšťa dlhšie a červenšie. To znamená, že pri vizuálnom pozorovaní zo Zeme sa takáto galaxia bude javiť červenšia. Po úprave výsledkov pozorovania, aby sa zohľadnil vplyv prachu, vedci ukázali, že skutočný červený posun je len asi 5. To znamená, že galaxia je viditeľná 1,3 miliardy rokov po Veľkom tresku.
Galaxia CEERS-DSFG-1 na snímke ďalekohľadu"James Webb" s pozorovaniami NOEMA prekrytými ako vrstevnice. Vpravo je to, ako kandidát vyzerá pri pohľade cez rôzne filtre: nezobrazuje sa vo filtroch s kratšou vlnovou dĺžkou, ale stáva sa viditeľnejším v červenších filtroch. Obrázok: J. Zavala a kol.
Vedci dospeli k podobným výsledkomštúdium kandidátskej galaxie CEERS-1749. Svoj objav nazvali Schrödingerova galaxia. Ide o to, že červený posun pre ňu môže byť rovný 5 alebo 17. Ak hovoríme o samostatnej vzdialenej galaxii, potom ide o jeden z najvzdialenejších známych podobných systémov, a ak je súčasťou zhluku, potom opäť hovoria o miliarde rokov po veľkom tresku. Všetko bude jasné po novom výskume.
Bez ohľadu na to, či sú potvrdenédeklarované rekordy, nové objavy významne prispejú k pochopeniu procesov vývoja raného Vesmíru. Dokonca aj "blízke" vzdialené galaxie s červeným posunom okolo 5 otvárajú nové údaje.
Medzihviezdny prach je vedľajším produktom cykluzrod a smrť hviezd. Na ovplyvnenie červeného posunu musí byť takého prachu veľa. A to znamená, že v takýchto galaxiách by mala nastať mimoriadne intenzívna tvorba hviezd. Predtým vedci o takýchto procesoch nevedeli.
Veľké množstvo vzdialených galaxií z rôznych období života vesmíru pomôže pochopiť, ako sa formovali a vyvíjali prvé hviezdne systémy.
Čítaj viac:
„James Webb“ poslal fotografiu zrážky dvoch obrovských galaxií
„Neužitočné“ baktérie na Zemi poskytnú život kolonistom Marsu
Na pyramíde v Číne sa našiel portrét „kráľa predkov“. Vládol pred viac ako 4000 rokmi