Κοιτάζοντας πίσω προς την Κοσμική Αυγή—Οι αστρονόμοι επιβεβαιώνουν τον πιο αμυδρό γαλαξία που έχει δει ποτέ

Κοιτάζοντας πίσω προς την Κοσμική Αυγή—Οι αστρονόμοι επιβεβαιώνουν τον πιο αμυδρό γαλαξία που έχει δει ποτέ

Χρονική σήμανση: 13 Αυγούστου 2023 10:00 π.μ.

Το σύμπαν στο οποίο ζούμε είναι ένα διαφανές, όπου το φως από αστέρια και γαλαξίες λάμπει φωτεινό σε ένα καθαρό, σκοτεινό φόντο. Αλλά αυτό δεν συνέβαινε πάντα - στα πρώτα του χρόνια, το σύμπαν ήταν γεμάτο με μια ομίχλη ατόμων υδρογόνου που έκρυβαν το φως από τα πρώτα αστέρια και τους γαλαξίες.

Το έντονο υπεριώδες φως από τις πρώτες γενιές άστρων και γαλαξιών πιστεύεται ότι κάηκε μέσα από την ομίχλη του υδρογόνου, μεταμορφώνοντας το σύμπαν σε αυτό που βλέπουμε σήμερα. Ενώ οι προηγούμενες γενιές τηλεσκοπίων δεν είχαν την ικανότητα να μελετήσουν αυτά τα πρώιμα κοσμικά αντικείμενα, οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τώρα το Το διαστημικό τηλεσκόπιο James WebbΗ ανώτερη τεχνολογία του για τη μελέτη των άστρων και των γαλαξιών που σχηματίστηκαν αμέσως μετά τη Μεγάλη Έκρηξη.

είμαι ενας αστρονόμος που μελετά τους πιο μακρινούς γαλαξίες στο σύμπαν χρησιμοποιώντας τα κορυφαία στον κόσμο τηλεσκόπια που βασίζονται στο έδαφος και στο διάστημα. Χρησιμοποιώντας νέες παρατηρήσεις από το τηλεσκόπιο Webb και ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυτικός φακός, η ομάδα μου επιβεβαίωσε την ύπαρξη από τον πιο αχνό γαλαξία που είναι σήμερα γνωστός στο πρώιμο σύμπαν. Ο γαλαξίας, που ονομάζεται JD1, φαίνεται όπως ήταν όταν το σύμπαν ήταν μόλις 480 εκατομμυρίων ετών, ή το 4 τοις εκατό της σημερινής του ηλικίας.

Μια Σύντομη Ιστορία του Πρώιμου Σύμπαντος

Τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια της ζωής του σύμπαντος ήταν α κρίσιμη περίοδος στην εξέλιξή του. Τις πρώτες στιγμές μετά το Big Bang, η ύλη και το φως συνδέθηκαν μεταξύ τους σε μια καυτή, πυκνή «σούπα» θεμελιωδών σωματιδίων.

Ωστόσο, ένα κλάσμα του δευτερολέπτου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν επεκτάθηκε εξαιρετικά γρήγορα. Αυτή η διαστολή τελικά επέτρεψε στο σύμπαν να ψυχθεί αρκετά ώστε το φως και η ύλη να διαχωριστούν από τη «σούπα» τους και —περίπου 380,000 χρόνια αργότερα— να σχηματίσουν άτομα υδρογόνου. Τα άτομα υδρογόνου εμφανίστηκαν ως διαγαλαξιακή ομίχλη και χωρίς φως από αστέρια και γαλαξίες, το σύμπαν ήταν σκοτεινό. Αυτή η περίοδος είναι γνωστή ως η κοσμικοί σκοτεινοί αιώνες.

Η άφιξη των πρώτων γενεών άστρων και γαλαξιών αρκετές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη έλουσε το σύμπαν σε εξαιρετικά καυτό υπεριώδες φως, το οποίο έκαψε —ή ιονίστηκε— η ομίχλη υδρογόνου. Αυτή η διαδικασία απέδωσε το διαφανές, πολύπλοκο και όμορφο σύμπαν που βλέπουμε σήμερα.

Οι αστρονόμοι σαν εμένα αποκαλούν τα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια του σύμπαντος - όταν αυτή η ομίχλη υδρογόνου έκαιγε μακριά - εποχή του επαναιονισμού. Για να κατανοήσουμε πλήρως αυτή τη χρονική περίοδο, μελετάμε πότε σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες, ποιες ήταν οι κύριες ιδιότητές τους και αν ήταν σε θέση να παράγουν αρκετό υπεριώδες φως για να καεί όλο το υδρογόνο.

[Ενσωματωμένο περιεχόμενο]

Η αναζήτηση για αμυδρά γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν

Το πρώτο βήμα προς την κατανόηση της εποχής του επαναιονισμού είναι η εύρεση και η επιβεβαίωση των αποστάσεων από τους γαλαξίες που οι αστρονόμοι πιστεύουν ότι μπορεί να ευθύνονται για αυτή τη διαδικασία. Δεδομένου ότι το φως ταξιδεύει με πεπερασμένη ταχύτητα, χρειάζεται χρόνος για να φτάσει στα τηλεσκόπια μας, έτσι οι αστρονόμοι δείτε τα αντικείμενα όπως ήταν στο παρελθόν.

Για παράδειγμα, το φως από το κέντρο του γαλαξία μας, τον Γαλαξία μας, χρειάζεται περίπου 27,000 χρόνια για να μας φτάσει στη Γη, επομένως το βλέπουμε όπως ήταν 27,000 χρόνια στο παρελθόν. Αυτό σημαίνει ότι αν θέλουμε να δούμε πίσω στις πρώτες κιόλας στιγμές μετά τη Μεγάλη Έκρηξη (το σύμπαν είναι ηλικίας 13.8 δισεκατομμυρίων ετών), πρέπει να αναζητήσουμε αντικείμενα σε ακραίες αποστάσεις.

Επειδή οι γαλαξίες που κατοικούν σε αυτή τη χρονική περίοδο είναι τόσο μακριά, εμφανίζονται εξαιρετικά αχνό και μικρό στα τηλεσκόπια μας και εκπέμπουν το μεγαλύτερο μέρος του φωτός τους στο υπέρυθρο. Αυτό σημαίνει ότι οι αστρονόμοι χρειάζονται ισχυρά υπέρυθρα τηλεσκόπια όπως το Webb για να τα βρουν. Πριν από τον Webb, σχεδόν όλοι οι μακρινοί γαλαξίες που βρήκαν οι αστρονόμοι ήταν εξαιρετικά φωτεινοί και μεγάλοι, απλώς και μόνο επειδή τα τηλεσκόπια μας δεν ήταν αρκετά ευαίσθητα για να δουν τους πιο αμυδρούς, μικρότερους γαλαξίες.

Ωστόσο, είναι ο τελευταίος πληθυσμός που είναι πολύ πιο πολυάριθμος, αντιπροσωπευτικός και πιθανόν να είναι οι κύριοι οδηγοί στη διαδικασία επαναιονισμού, όχι οι λαμπροί. Έτσι, αυτοί οι αμυδροί γαλαξίες είναι αυτοί που πρέπει να μελετήσουν οι αστρονόμοι με μεγαλύτερη λεπτομέρεια. Είναι σαν να προσπαθείς να κατανοήσεις την εξέλιξη των ανθρώπων μελετώντας ολόκληρους πληθυσμούς και όχι μερικούς πολύ ψηλούς ανθρώπους. Επιτρέποντάς μας να βλέπουμε αμυδρά γαλαξίες, ο Webb ανοίγει ένα νέο παράθυρο στη μελέτη του πρώιμου σύμπαντος.

Ένας Τυπικός Πρώιμος Γαλαξίας

Ο JD1 είναι ένας τέτοιος «τυπικός» αμυδρός γαλαξίας. Ήταν ανακαλύφθηκε το 2014 με το διαστημικό τηλεσκόπιο Hubble ως ύποπτος μακρινός γαλαξίας. Αλλά το Hubble δεν είχε τις δυνατότητες ή την ευαισθησία για να επιβεβαιώσει την απόστασή του - μπορούσε να κάνει μόνο μια μορφωμένη εικασία.

Μικρό και λιποθυμικό κοντά οι γαλαξίες μπορεί μερικές φορές να θεωρηθούν λανθασμένα ως μακρινοί, επομένως οι αστρονόμοι πρέπει να είναι σίγουροι για τις αποστάσεις τους προτού μπορέσουμε να κάνουμε ισχυρισμούς για τις ιδιότητές τους. Ως εκ τούτου, οι μακρινοί γαλαξίες παραμένουν «υποψήφιοι» μέχρι να επιβεβαιωθούν. Το τηλεσκόπιο Webb έχει τελικά τις δυνατότητες να τις επιβεβαιώσει και το JD1 ήταν μια από τις πρώτες σημαντικές επιβεβαιώσεις από τον Webb ενός εξαιρετικά μακρινού υποψηφίου γαλαξία που βρέθηκε από το Hubble. Αυτή η επιβεβαίωση το κατατάσσει ως ο πιο αχνός γαλαξίας που έχει δει ποτέ στο πρώιμο σύμπαν.

Για να επιβεβαιώσουμε το JD1, μια διεθνής ομάδα αστρονόμων και εγώ χρησιμοποιήσαμε τον φασματογράφο κοντά στο υπέρυθρο του Webb, NIRSpec, για να αποκτήσουμε ένα υπέρυθρο φάσμα του γαλαξία. Το φάσμα μας επέτρεψε να εντοπίσουμε την απόσταση από τη Γη και να προσδιορίσουμε την ηλικία της, τον αριθμό των νεαρών αστεριών που σχημάτισε και την ποσότητα σκόνης και βαρέων στοιχείων που παρήγαγε.

Έντονα φώτα (γαλαξίες και λίγα αστέρια) σε ένα σκοτεινό φόντο του ουρανού. Ένας αμυδρός γαλαξίας εμφανίζεται σε ένα μεγεθυμένο πλαίσιο ως αμυδρή μουντζούρα.
Ένας ουρανός γεμάτος γαλαξίες και λίγα αστέρια. Ο JD1, που απεικονίζεται σε ένα μεγεθυσμένο πλαίσιο, είναι ο πιο αμυδρός γαλαξίας που έχει βρεθεί στο πρώιμο σύμπαν. Πίστωση εικόνας: Guido Roberts-Borsani/UCLA; αρχικές εικόνες: NASA, ESA, CSA, Swinburne University of Technology, University of Pittsburgh, STScI.

Βαρυτικός φακός, μεγεθυντικός φακός της φύσης

Ακόμη και για τον Webb, το JD1 θα ήταν αδύνατο να δει κανείς χωρίς ένα χέρι βοήθειας από τη φύση. Το JD1 βρίσκεται πίσω από ένα μεγάλο σμήνος κοντινών γαλαξιών, που ονομάζεται Άμπελ 2744, του οποίου η συνδυασμένη βαρυτική δύναμη κάμπτει και ενισχύει το φως από το JD1. Αυτό το φαινόμενο, γνωστό ως βαρυτικός φακός, κάνει το JD1 να φαίνεται μεγαλύτερο και 13 φορές φωτεινότερο από ό,τι συνήθως.

[Ενσωματωμένο περιεχόμενο]

Χωρίς βαρυτικό φακό, οι αστρονόμοι δεν θα είχαν δει το JD1, ακόμη και με τον Webb. Ο συνδυασμός της βαρυτικής μεγέθυνσης του JD1 και των νέων εικόνων από ένα άλλο από τα εγγύς υπέρυθρα όργανα του Webb, NIRCam, έδωσε τη δυνατότητα στην ομάδα μας να μελετήσει τη δομή του γαλαξία με άνευ προηγουμένου λεπτομέρεια και ανάλυση.

Αυτό όχι μόνο σημαίνει ότι εμείς ως αστρονόμοι μπορούμε να μελετήσουμε τις εσωτερικές περιοχές των πρώιμων γαλαξιών, αλλά επίσης σημαίνει ότι μπορούμε να αρχίσουμε να προσδιορίζουμε εάν αυτοί οι πρώιμοι γαλαξίες ήταν μικρές, συμπαγείς και απομονωμένες πηγές ή αν συγχωνεύονταν και αλληλεπιδρούσαν με κοντινούς γαλαξίες. Μελετώντας αυτούς τους γαλαξίες, ανατρέχουμε στα δομικά στοιχεία που διαμόρφωσαν το σύμπαν και δημιούργησαν το κοσμικό μας σπίτι.Η Συνομιλία

Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύθηκε από το Η Συνομιλία υπό την άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.

Image Credit: NASA/STScI

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κέντρο μοναδικότητας