Šviečiančios galaktikos JADES-GS-z14-0 spektrinė analizė, pagrįsta 2024 m. sausio mėn. atliktais stebėjimais, atskleidė raudonąjį poslinkį 14.32, todėl ji yra tolimiausia žinoma galaktika (ankstesnė žinoma galaktika, esanti tolimiausia, buvo JADES-GS-z13-0 raudonajame poslinkyje iš z = 13.2). Jis susiformavo ankstyvojoje visatoje praėjus maždaug 290 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. Didelis žvaigždžių šviesos kiekis rodo, kad jis yra masyvus ir yra daugiau nei 1,600 šviesmečių dydžio. Tokia šviečianti, masyvi ir didelė galaktika ankstyvojoje visatoje kosminės aušros metu prieštarauja dabartiniam galaktikų formavimosi supratimui. Pirmosios žvaigždės visatoje buvo „Pop III“ žvaigždės su nuliniu metalu arba itin mažai metalo. Tačiau JADES-GS-z14-0 galaktikos infraraudonųjų spindulių savybių tyrimas atskleidžia deguonies buvimą, o tai reiškia, kad metalo sodrinimas reiškia, kad masyvių žvaigždžių kartos savo gyvavimo kelią nuo gimimo iki supernovos sprogimo jau baigė maždaug 290 milijonų metų ankstyvojoje visatoje. Taigi šios galaktikos savybės prieštarauja dabartiniam supratimui apie galaktikų formavimąsi ankstyvojoje visatoje.
Labai ankstyva Visata, praėjus maždaug 380,000 400 metų po Didžiojo sprogimo, buvo užpildyta jonizuotomis dujomis ir buvo visiškai nepermatoma dėl laisvųjų elektronų sklaidos fotonų. Po to sekė neutrali ankstyvosios visatos epocha, trukusi apie 21 milijonų metų. Šioje epochoje visata buvo neutrali ir skaidri. Pirmoji šviesa išryškėjo visatai tapus skaidriai, raudonai pasislinko į mikrobangų diapazoną dėl plėtimosi ir dabar stebima kaip kosminis mikrobangų fonas (CMB). Kadangi visata buvo užpildyta neutraliomis dujomis, optinis signalas nebuvo sklindantis (todėl vadinamas tamsiuoju amžiumi). Nejonizuotos medžiagos neskleidžia šviesos, todėl sunku tirti ankstyvąją neutralios epochos visatą. Tačiau 1420 cm bangos ilgio (atitinka 21 MHz) mikrobangų spinduliuotė, kurią per šią epochą skleidžia šaltas, neutralus kosminis vandenilis dėl itin smulkaus perėjimo nuo lygiagretaus sukimosi prie stabilesnio antilygiagretaus sukimosi, suteikia astronomams galimybių. Ši 200 cm mikrobangų spinduliuotė pasiekus žemę būtų raudonai pasislinkusi ir bus stebima 10–XNUMX MHz dažniais kaip radijo bangos. The REACH (Radijo eksperimentas kosminio vandenilio analizei) Eksperimentu siekiama aptikti sunkiai suvokiamą 21 cm liniją nuo kosminio vandenilio.
Reionizacijos epocha buvo kita ankstyvosios visatos istorijos epocha, trukusi nuo maždaug 400 milijonų metų po Didžiojo sprogimo iki 1 milijardo metų. Dujos vėl jonizavosi dėl didelės energijos UV spinduliuotės, kurią skleidžia galingos ankstyvosios žvaigždės. Šioje epochoje prasidėjo galaktikų ir kvazarų formavimasis. Šios epochos šviesos yra raudonos, nukreiptos į raudoną ir infraraudonųjų spindulių diapazonus. „Huble“ giluminio lauko tyrimai buvo nauja pradžia tyrinėjant ankstyvąją visatą, tačiau jos galimybės užfiksuoti pirmykštes šviesas buvo ribotos. Reikėjo infraraudonųjų spindulių observatorijos, veikiančios kosmose. JWST specializuojasi tik infraraudonųjų spindulių astronomijoje tyrinėti ankstyvąją visatą.
Jameso Webb kosminis teleskopas (JWST) buvo paleistas 25 m. gruodžio 2021 d. Vėliau tt buvo pastatytas į orbitą netoli Saulės ir Žemės L2 Lagranžo taško maždaug 1.5 mln. km atstumu nuo Žemės. Jis visiškai pradėjo veikti 2022 m. liepos mėn. JWST ieško optinių / infraraudonųjų signalų iš ankstyvųjų žvaigždžių ir galaktikų. susiformavo Visatoje, kad geriau suprastų galaktikų formavimąsi ir evoliuciją bei žvaigždžių ir planetų sistemų formavimąsi. Per pastaruosius dvejus metus ji davė įspūdingų rezultatų tiriant kosminę aušrą (ty laikotarpį per pirmuosius kelis šimtus milijonų metų po Didžiojo sprogimo, kai gimė pirmosios galaktikos).
JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) programa
Šia programa siekiama ištirti galaktikų evoliuciją nuo didelio raudonojo poslinkio iki kosminio vidurdienio infraraudonųjų spindulių vaizdavimo ir spektroskopijos būdu GOODS-S ir GOODS-N giluminiuose laukuose.
Pirmaisiais metais JADES tyrėjai aptiko šimtus galaktikų kandidatų iš pirmųjų 650 milijonų metų po Didžiojo sprogimo. 2023 m. pradžioje jie savo duomenų rinkinyje rado galaktiką, kurios raudonasis poslinkis buvo 14, o tai rodo, kad galaktika turi būti labai toli, tačiau ji buvo labai ryški. Be to, dėl artumo ji atrodė kitos galaktikos dalis. Taigi jie pastebėjo šį padidėjimą 2023 m. spalio mėn. Nauji duomenys patvirtino, kad raudonasis poslinkis yra 14. Šios galaktikos spektras buvo reikalingas Lyman alfa lūžio vietai spektre nustatyti, kad būtų galima išmatuoti raudonąjį poslinkį ir nustatyti amžių.
Lyman-alfa yra Lyman serijos vandenilio spektrinė emisijos linija, kai elektronai pereina iš n=2 į n=1. Lymano alfa lūžio taškas spektre atitinka stebimą bangos ilgį (λpastebėta). Raudonąjį poslinkį (z) galima apskaičiuoti pagal formulę z = (λpastebėta – λpoilsis) / λpoilsis
JADES-GS-z14-0 galaktika
Atitinkamai, galaktika dar kartą buvo stebima 2024 m. sausio mėn. naudojant NIRCam (Near Infrared Camera) ir NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Spektrinė analizė pateikė aiškių įrodymų, kad galaktikos raudonasis poslinkis yra 14.32, todėl ji yra tolimiausia žinoma galaktika (ankstesnis tolimiausios galaktikos rekordas (JADES-GS-z13-0, esant raudonajam poslinkiui z = 13.2). Ji buvo pavadinta JADES -GS-z14-0, šviečianti galaktika, esanti 13.5 milijardo šviesmečių atstumu. Be to, jos skersmuo buvo daugiau nei 1,600 šviesmečių, o tai rodo, kad jos šviesumo šaltinis yra žvaigždžių šviesos kiekis Nesitikima, kad galaktika, egzistavusi mažiau nei 300 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, turėtų tokias savybes.
Buvo ir daugiau staigmenų.
Tyrėjai sugebėjo aptikti JADES-GS-z14-0 ilgesniais bangos ilgiais, naudodami MIRI (vidutinio infraraudonųjų spindulių instrumentą). Tai reiškė, kad reikia užfiksuoti šios galaktikos matomos šviesos diapazono spinduliuotę, kuri buvo raudonai pasislinkusi, kad būtų nepatenka į infraraudonųjų spindulių prietaisų diapazoną. Analizė parodė, kad yra jonizuoto deguonies, o tai reiškia didelį žvaigždžių metališkumą. Tai įmanoma tik tada, kai savo gyvenimo kelius jau nugyveno daugybė žvaigždžių kartų.
Pirmosios žvaigždės visatoje turi nulinio metalo arba labai mažai metalo. Jos vadinamos „Pop III“ arba „Population III“ žvaigždėmis. Žemo metalo žvaigždės yra Pop II žvaigždės. Jaunos žvaigždės turi daug metalų ir yra vadinamos „Pop I žvaigždėmis“ arba saulės metalo žvaigždėmis. Saulė yra nauja žvaigždė, kurios metališkumas yra palyginti didelis – 1.4 %. Astronomijoje bet koks elementas, sunkesnis už helią, laikomas metalu. Cheminiai nemetalai, tokie kaip deguonis, azotas ir kt., Kosmologiniame kontekste yra metalai. Žvaigždės praturtėja metalu kiekvienoje kartoje po supernovos įvykio. Didėjantis metalų kiekis žvaigždėse rodo jaunesnį amžių.
Atsižvelgiant į tai, kad JADES-GS-z14-0 galaktikos amžius yra mažiau nei 300 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, šios galaktikos žvaigždės turėtų būti Pop III žvaigždės, kuriose nėra metalo. Tačiau JWST MIRI aptiko deguonies.
Atsižvelgiant į aukščiau pateiktus stebėjimus ir išvadas, ankstyvosios visatos galaktikos JADES-GS-z14-0 savybės neatitinka dabartinio galaktikų formavimosi supratimo. Kaip tokias savybes turinti galaktika galėtų būti datuojama 290 milijonų metų po Bingo sprogimo? Gali būti, kad ateityje bus atrasta daug tokių galaktikų. Galbūt kosminės aušros metu egzistavo daugybė galaktikų.
***
Nuorodos:
- Carniani, S., et al. 2024. Spektroskopinis dviejų šviečiančių galaktikų raudonasis poslinkis 14. Gamta (2024). Paskelbta 24 m. liepos 2024 d. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Išankstinis spausdinimas axRiv. Pateikta 28 m. gegužės 2024 d. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485
- Heltonas JM. et al 2024. JWST/MIRI fotometrinis aptikimas esant 7.7 μm žvaigždžių kontinuumo ir ūko emisija galaktikoje, kai z>14. Išankstinis spausdinimas axRiv. Pateikta 28 m. gegužės 2024 d. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462
- NASA James Webb kosminis teleskopas. Pirmieji akcentai – NASA James Webb kosminis teleskopas aptiko tolimiausią žinomą galaktiką. Paskelbta 30 m. gegužės 2024 d https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy
***
