En av huvudfunktionerna hos rymdteleskopet James Webb är att hitta de tidigaste galaxerna, vilket utökar vår
Dessa stjärnsystem är mycket längre bortän alla tidigare observerade objekt i universum. Forskare skriver om galaxer med rödförskjutningar från 12 till 17. Men det finns en fluga i glädjen i detta firande av vetenskaplig triumf: vissa forskare tror att objektens ålder kan förvrängas och resultaten kräver noggrann verifiering.
Vilken galax ligger längst bort?
Innan uppskjutningen av rymdteleskopet James Webb iunder lång tid var den mest avlägsna bekräftade galaxen GN-z11. Den upptäcktes 2016 med Hubble-teleskopet. Den är cirka 25 gånger mindre än Vintergatan och är cirka 1 % av dess massa. Samtidigt fortsatte stjärnbildningen i den 20 gånger mer aktivt.
GN-z11 ligger i stjärnbilden Ursa Major,och astrofysiker uppskattar rödförskjutningen till 11,1. Det betyder att vi observerar det som det var för 13,4 miljarder år sedan - bara 400 år efter Big Bang. När universum ständigt expanderar, rör sig galaxer i rymden bort från varandra. Därför är det korrekta avståndet till GN-z11 cirka 32 miljarder ljusår.
Redan före lanseringen av det nya teleskopet våren 2022astrofysiker har meddelat upptäckten av en ännu mer avlägsen kandidat, HD1. Det upptäcktes med hjälp av Subaru Space Telescope och observationer från markbaserade observatorier. Enligt spektroskopi är dess rödförskjutning 13,27, vilket motsvarar ett avstånd på 13,5 miljarder ljusår. Och själva galaxen är nu 33,4 miljarder ljusår från jorden.
Bara en vecka efter publiceringen av de första uppgifternaVid James Webb-teleskopet tillkännagav forskare vid Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics upptäckten av galaxen GLASS-z13, som preliminärt är rödförskjuten vid 13. Detta är cirka 300 miljoner år efter Big Bang. En vecka senare kom ett meddelande om en galax med en rödförskjutning på 14 och till och med 16,7. Om detta är sant, så ser vi dessa galaxer som de existerade cirka 200 miljoner år efter Big Bang.
Det är sant att alla dessa resultat är preliminära: än så länge har inget av dessa rödförskjutningsvärden bekräftats. För att fastställa avstånden till dessa galaxer kommer spektroskopisk analys att krävas.
Galaxy GN-z11 sett av rymdteleskopet Hubble.Bild: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University) och G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)
Hur hittas nya galaxer?
I sitt arbete använde forskare olika metoder.Till exempel använde astrofysiker vid University of Missouri-Columbia den gravitationslinseffekt som skapades av det massiva galaxklustret SMACS J0723. Ett massivt föremål förvränger ljusets rörelse och förstorar avlägsna föremål, precis som en vanlig optisk teleskoplins. Med den här metoden har forskare hittat 88 kandidatgalaxer med en rödförskjutning på minst 11. Vissa av dem, enligt forskarna, kan ha en rödförskjutning på upp till 20.
Andra forskare analyserade bilder av olikaområden på himlen där effekten av gravitationslinser inte användes. Dessa bilder är en del av studien Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), som består av bilder av 10 olika delar av himlen tagna av teleskopets nära-infraröda kamera (NIRCam).
För att bekräfta den verkliga ålder av avlägsnaobjekt kräver spektroskopisk analys, som delar upp ljuset från objektet till ett spektrum. För att göra detta kommer forskare att använda James Webb-teleskopets Near Infrared Spectrograph (NIRSpec) samt rymdteleskopets Mid-Infrared Instrument (MIRI).
Effekten av gravitationslinser i bilden av klustret SMACS J0723. Bild: NASA, ESA, CSA och STScI
Vad är rödförskjutning?
I studiet av det tidiga universum, den huvudsakligaDen indikator som forskarna använder är rödförskjutningen. Det hjälper att förstå hur snabbt ett föremål rör sig bort från oss. Precis som signalen från ett ånglok eller ett fartyg låter lägre när de rör sig bort från betraktaren, ändras också ljusvågen från ett vikande föremål.
Universum expanderar ständigt, vilket betyderavlägsna galaxer rör sig bort från jorden. Vid rödförskjutning ökar elektromagnetisk strålning från ett vikande föremål dess våglängd. Detta innebär att alla detaljer i spektrumet skiftar mot det röda området.
Ju längre bort galaxen är, desto tidigare ser vi den ochdesto mer sträcktes dess ljus på grund av universums expansion. Som ett resultat av detta visas blått och ultraviolett ljus från heta unga stjärnor infrarött för oss 13,5 miljarder år senare.
James Webb-teleskopet är utrustat med känsliga instrument som upptäcker strålning i olika delar av det infraröda området och det är därför de kan fånga strålningen från det tidiga universum.
Rött och blått skift. Bild: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Varför kan de första resultaten vara felaktiga?
Förstudier bygger påenskilda observationer och kan vara felaktiga. Till exempel kan dammiga stjärnbildande galaxer som existerade miljarder år efter Big Bang maskera sig som rekordstora avlägsna galaxer. Och dessutom kan ljuset som sänds ut av galaxer förvrängas av andra objekt.
Till exempel baserat på hur rödGalaxen CEERS-DSFG-1 visas på James Webb-teleskopets bilder, astronomer har bestämt rödförskjutningen från 17 till 18. Det betyder att vi ser den 220 miljoner år efter Big Bang. Japanska astronomer använde dock NOEMA-submillimeterteleskopet för att hitta samma galax och visa att den innehåller en enorm mängd damm.
Damm absorberar kortare och blåare våglängderstjärnljus, släpper in längre och rödare. Det betyder att när den observeras visuellt från jorden kommer en sådan galax att se rödare ut. Efter att ha justerat observationsresultaten för att ta hänsyn till inverkan av damm, visade forskare att den verkliga rödförskjutningen bara är cirka 5. Det betyder att galaxen är synlig 1,3 miljarder år efter Big Bang.
Galaxy CEERS-DSFG-1 på bilden av teleskopet"James Webb" med NOEMA-observationer överlagrade som konturlinjer. Till höger är hur kandidaten ser ut när den ses genom olika filter: den dyker inte upp i kortare våglängdsfilter, utan blir mer synlig i rödare filter. Bild: J. Zavala et al.
Forskare kom fram till liknande resultatstuderar kandidatgalaxen CEERS-1749. De kallade sin upptäckt för Schrödingergalaxen. Saken är att rödförskjutningen för den kan vara lika med antingen 5 eller 17. Om vi pratar om en separat avlägsen galax, så är detta ett av de mest avlägsna kända liknande systemen, och om det är en del av ett kluster, då talar återigen om en miljard år efter Big Bang. Allt kommer att bli klart efter ny forskning.
Oavsett om de är konfirmeradedeklarerade rekord kommer nya upptäckter att ge ett betydande bidrag till att förstå utvecklingsprocesserna för det tidiga universum. Även "nära" avlägsna galaxer med en rödförskjutning på cirka 5 öppnar upp nya data.
Interstellärt damm är en biprodukt av cykelnstjärnornas födelse och död. För att påverka rödförskjutningen måste det finnas mycket sådant damm. Och det betyder att extremt intensiv stjärnbildning bör ske i sådana galaxer. Tidigare visste forskarna inte om sådana processer.
Ett stort antal avlägsna galaxer från olika perioder av universums liv kommer att hjälpa till att förstå hur de första stjärnsystemen bildades och utvecklades.
Läs mer:
"James Webb" skickade ett foto av kollisionen mellan två enorma galaxer
"Obrukbara" bakterier på jorden kommer att ge liv till kolonisterna på Mars
På pyramiden i Kina hittade ett porträtt av "förfädernas kung". Han regerade för över 4 000 år sedan