يقوم مطياف JWST بتكرير الانزياح الأحمر للمجرات البعيدة

كشفت أداة NIRSpec على تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) أن مجرة ​​بعيدة كان يُعتقد سابقًا أنها في انزياح أحمر قياسي بمقدار 16.4 هي في الواقع أقرب بكثير إلى الأرض. أكدت الدراسة أيضًا أن بعض الأجسام الأخرى التي رصدها JWST هي من بين أبعد المجرات التي شوهدت على الإطلاق.

الانزياح الأحمر الكوني هو مقياس لمدى تمدد ضوء المجرة إلى أطوال موجية أكثر احمرارًا بسبب توسع الكون. كلما زاد الانزياح نحو الأحمر ، زاد الوقت الذي يقضيه الضوء القادم من مجرة ​​في التحرك عبر الكون المتوسع. هذا يعني أننا نرى كائنات عالية الانزياح نحو الأحمر كما ظهرت منذ وقت طويل جدًا - وأن الكائنات بعيدة جدًا.

يحرص علماء الفلك جدًا على دراسة المجرات ذات الانزياح الأحمر العالي لأنها توفر نافذة على الكون المبكر. في الواقع ، تدعم الأرصاد الحديثة صورة ناشئة مفادها أن المجرات في الكون المبكر كانت أكثر ضخامة وأكثر تطوراً وإضاءة مما كان متوقعاً سابقاً.

عدة مجرات خافتة

في صيف عام 2022 ، كشفت أول مسوحات عميقة أجراها JWST للكون البعيد عن العديد من المجرات الخافتة التي قُدرت بأنها أعلى مجرات انزياح للأحمر شوهدت على الإطلاق.

كائن واحد يسمى مجرة مايسي تم اكتشافه في بيانات JWST بواسطة فريق بقيادة ستيف فنكلستين من جامعة تكساس في أوستن. كان يُعتقد في البداية أن المجرة في انزياح أحمر 14.3 ، وهو ما كان سيضعها بعد 280 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم. مرشح آخر ، سيرز-93316، تم العثور عليها بواسطة فريق بقيادة كالوم دونان من جامعة إدنبرة ، يبدو أنه في انزياح أحمر يبلغ 16.4 ، أي ما يعادل 250 مليون سنة فقط بعد الانفجار العظيم.

للمقارنة ، كانت المجرة الأكثر بعدًا التي تم تأكيدها والمعروفة قبل إطلاق JWST هي Gn-z11 ، والتي لديها انزياح أحمر يبلغ 11.6.

الانزياحات الحمراء المنقحة

تم إجراء قياسات JWST المبكرة هذه باستخدام تقنية قياس الضوء ، والتي تقيس الاحمرار الكلي للمجرة. بينما يمكن استخدام هذه التقنية على أجسام خافتة وبعيدة ، إلا أنها يمكن أن تتأثر بوجود الغبار وليست دقيقة مثل قياس تحولات الخطوط الطيفية الفردية. الآن ، استخدم فريق من علماء الفلك مطياف الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec) الخاص بـ JWST لمراقبة المجرات وصقلوا تقديرات الانزياح الأحمر - بنتائج مختلطة.

يقول دونان ، وهو عضو في الفريق الذي يقوده بابلو ارابال هارو NOIRLab في ولاية أريزونا. نظرًا لأن بيانات NIRSpec تم الإعلان عنها على الفور بدون وقت خاص للعلماء الذين اقترحوا الملاحظات ، كان على فريق Haro كتابة ورقتهم في أقل من ثلاثة أيام لتجنب التعرض للضرب.

بدلاً من أن تكون في 16.4 ، تم العثور على CEERS-93316 لتكون مجرة ​​مغبرة عند انزياح أحمر يبلغ 4.9 ، مما يعني أننا نراها كما كانت موجودة منذ 12.5 مليار سنة. اعتقد فريق دونان سابقًا أن لديهم حجة قوية لانزياح أحمر محطم للأرقام القياسية ، خاصة وأن المجرة أظهرت انبعاثًا قويًا للأزرق والأشعة فوق البنفسجية في إطار سكونها (كما يظهر مع إزالة الانزياح الأحمر).

ومع ذلك ، فإن الجمع بين خطوط الانبعاث القوية جدًا إلى جانب حقيقة أن أحد هذه الخطوط ، من الطول الموجي لألفا الهيدروجين ، كان في موضع تتداخل فيه ثلاثة من مرشحات NIRSpec بحيث يساهم خط الانبعاث في الثلاثة جميعها ، مما أعطى انطباعًا خاطئًا أن CEERS-93316 كانت مجرة ​​مضيئة في جوهرها وذات انزياح أحمر أعلى بكثير.

مجرة مايسي

كانت هناك أخبار أفضل حول مخاطر الانزياح الأحمر لـ Maisie's Galaxy ، والتي تم الكشف عنها في انزياح أحمر يبلغ 11.4. لا يزال هذا يمثل انزياحًا أحمر مرتفعًا للغاية ويشير إلى مجرة ​​خالية من الغبار. تمتلك المجرة أيضًا معدلًا مرتفعًا نسبيًا لتكوين النجوم وإجمالي كتلة نجمية تبلغ 250 مليون ضعف كتلة الشمس. نمت هذه الكتلة على مدى 30-120 مليون سنة قبل الوقت الذي نرى فيه مايسي مجرة.

أظهرت NIRSpec أيضًا أن ثماني مجرات أخرى لديها انزياح أحمر أكبر من 10. صاحب الرقم القياسي الحالي هو جادس-GS-z13-0، والذي تم تأكيده طيفيًا انزياح أحمر يبلغ 13.2 والذي نراه موجودًا بعد 350 مليون سنة فقط من الانفجار العظيم.

لا يزال دونان يأمل في أن يكون JWST قادرًا على اكتشاف المجرات ذات الانزياحات الحمراء الطيفية أكبر من 14. "هذا ممكن ، خاصة في التصوير الأعمق" ، كما يقول عالم الفيزياء.

إنتاج الغبار

لا يعني ذلك أن مجرة ​​مدروسة جيدًا عند انزياح أحمر بمقدار 4.9 هو شيء يمكن شمه. تعد دراسة خصائص المجرات التي كانت موجودة عندما كان عمر الكون أكثر من مليار سنة أمرًا بالغ الأهمية في فهم كيفية تطور المجرات من حيث تكوين نجومها. يمكن الاستدلال على ذلك من كمية الغبار التي تنتجها الأجيال المتعاقبة من النجوم - نفس الغبار الذي يتسبب في ظهور CEERS-93316 أكثر احمرارًا.

يقول دونان: "نحتاج إلى إجراء تحليل أكثر تفصيلاً لخصائص CEERS-93316 ، لكن يبدو أنها مغبرة". "نحن بحاجة إلى النظر في تاريخ تشكل النجوم إذا أردنا أن نفهم كيف حدث ذلك."

وفي الوقت نفسه ، تم التخطيط لمزيد من الملاحظات لمجرات الانزياح الأحمر العالية جدًا مثل مجرة ​​مايسي وفقًا لفينكلشتاين ، الذي يشارك أيضًا في دراسة NIRSpec.

أعمق التحليل الطيفي

"إن الخطوة التالية هي بالتأكيد التحليل الطيفي الأعمق ، للتحقق بالضبط مما يجعل [مجرة Maisie] زرقاء جدًا" ، كما يقول ، مشيرًا إلى لون إطار الراحة. النظرية الرائدة هي أن المجرات المبكرة مثل مجرة ​​مايسي كانت تحتوي على نسبة أعلى من النجوم المضيئة الزرقاء الضخمة مقارنة بالمجرات اليوم. تجري بالفعل عمليات المراقبة باستخدام أحد تلسكوبات Keck التي يبلغ طولها 10 أمتار في هاواي ، ويأمل Finkelstein في المتابعة مع JWST في المستقبل.

يقول فينكلشتاين: "سنبحث عن ميزات خط انبعاث الأشعة فوق البنفسجية الأضعف ، والتي تعتبر تشخيصًا لأشياء تشمل وجود نجوم ضخمة جدًا وأيضًا مدى شدة ضوء النجوم من النجوم التي نراها".

في النهاية ، النتائج هي تذكير بالحاجة إلى التأكيد الطيفي للانزياح الأحمر للمجرة وأنه حتى يتم إجراء مثل هذه القياسات ، يجب أن نتعامل بحذر مع ادعاءات الانزياحات الحمراء الضوئية التي تحطم الرقم القياسي.

تم وصف البحث في أ الطباعة المسبقة على arXiv.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• سك المستقبل مع أدرين أشلي. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/