JWST-spektrometri tarkentaa kaukaisten galaksien punasiirtymiä

James Webbin avaruusteleskoopin (JWST) NIRSpec-instrumentti on paljastanut, että kaukana oleva galaksi, jonka aiemmin luuli olevan ennätysmäisessä punasiirtymässä 16.4, on itse asiassa paljon lähempänä Maata. Tutkimus on myös vahvistanut, että jotkut muut JWST:n havaitsemat kohteet ovat kaukaisimpia koskaan nähtyjä galakseja.

Kosmologinen punasiirtymä mittaa, kuinka paljon galaksin valoa on venytetty pitemmille, punaisemmille aallonpituuksille universumin laajentuessa. Mitä suurempi punasiirtymä, sitä enemmän aikaa galaksin valon on täytynyt viettää liikkuessaan laajenevan kosmoksen läpi. Tämä tarkoittaa, että näemme korkealla punasiirtymän esineitä sellaisina kuin ne ilmestyivät hyvin kauan sitten – ja että esineet ovat hyvin kaukana.

Tähtitieteilijät ovat erittäin innokkaita tutkimaan korkean punasiirtymän galakseja, koska ne tarjoavat ikkunan varhaiseen maailmankaikkeuteen. Itse asiassa viimeaikaiset havainnot tukevat esiin nousevaa kuvaa, jonka mukaan galaksit varhaisessa universumissa olivat massiivisempia, kehittyneempiä ja valoisampia kuin aiemmin oli ennustettu.

Useita heikkoja galakseja

Kesällä 2022 JWST:n ensimmäiset syvät tutkimukset kaukaisesta maailmankaikkeudesta paljastivat useita heikkoja galakseja, joiden arvioitiin olevan korkeimmat koskaan nähdyt punasiirtymägalaksit.

Yksi objekti kutsutaan Maisien galaksi jonka johtama tiimi löysi JWST-tiedoista Steve Finkelstein Texasin yliopistosta Austinissa. Galaksin uskottiin alun perin olevan punasiirtymässä 14.3, mikä olisi sijoittanut sen vain 280 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen. Toinen ehdokas, CEERS-93316, jonka johtama tiimi löysi Callum Donnan Edinburghin yliopiston punasiirtymä näytti olevan 16.4, mikä vastaa vain 250 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

Vertailun vuoksi kaukaisin ennen JWST:n laukaisua tunnettu vahvistettu galaksi oli Gn-z11, jonka punasiirtymä on 11.6.

Tarkistetut punasiirtymät

Nämä varhaiset JWST-mittaukset tehtiin fotometrisellä tekniikalla, joka mittaa galaksin yleistä punaisuutta. Vaikka tätä tekniikkaa voidaan käyttää himmeissä, kaukana olevissa kohteissa, pöly voi vaikuttaa siihen, eikä se ole yhtä tarkka kuin yksittäisten spektriviivojen siirtymien mittaaminen. Nyt joukko tähtitieteilijöitä on käyttänyt JWST:n lähi-infrapunaspektrometriä (NIRSpec) tarkkaillakseen galakseja ja tarkentanut punasiirtymän arvioita – vaihtelevin tuloksin.

"Valitettavasti punasiirtymän 16.4 ehdokas [CEERS-93316] osoittautui pieneksi punasiirtymäksi", sanoo Donnan, joka on johtaman tiimin jäsen. Pablo Arrabal Haro NOIRLabista Arizonassa. Koska NIRSpec-tiedot julkistettiin välittömästi ilman omaa aikaa havaintoja ehdottaneille tutkijoille, Haron tiimin täytyi kirjoittaa paperinsa alle kolmessa päivässä välttääkseen lyönnin.

Sen sijaan, että CEERS-16.4 olisi 93316, sen havaittiin olevan pölyinen galaksi, jonka punasiirtymä on 4.9, mikä tarkoittaa, että näemme sen sellaisena kuin se oli 12.5 miljardia vuotta sitten. Donnanin tiimi oli aiemmin luullut, että heillä oli vahva peruste ennätysmäiselle punasiirtymälle, varsinkin kun galaksi osoitti voimakasta sinistä ja ultraviolettisäteilyä lepokehyksessään (kuten se näyttää punasiirtymän poistamisen jälkeen).

Erittäin voimakkaiden emissiolinjojen yhdistelmä yhdistettynä siihen tosiasiaan, että yksi näistä linjoista, vety-alfa-aallonpituus, oli kuitenkin paikassa, jossa kolme NIRSpecin suodatinta menevät päällekkäin niin, että emissioviiva vaikuttaa kaikkiin kolmeen, antoi virheellisesti vaikutelman. että CEERS-93316 oli luonnostaan ​​valovoimainen galaksi, jonka punasiirtymä oli paljon suurempi.

Maisien galaksi

Parempia uutisia oli Maisie's Galaxyn punasiirtymän panoksissa, jonka paljastui olevan punasiirtymässä 11.4. Tämä on edelleen erittäin korkea punasiirtymä ja osoittaa, että galaksi on pölytön. Galaksilla on myös suhteellisen korkea tähtien muodostumisnopeus ja tähtien kokonaismassa 250 miljoonaa kertaa Auringon massa. Tämä massa oli kasvanut 30–120 miljoonan vuoden aikana ennen kuin näemme Maisien galaksin.

NIRSpec on nyt myös osoittanut, että kahdeksalla muulla galaksilla punasiirtymä on suurempi kuin 10. Nykyinen ennätyksen haltija on JADES-GS-z13-0, jonka spektroskooppisesti vahvistettu punasiirtymä on 13.2 ja jonka näemme sellaisena kuin se oli olemassa vain 350 miljoonaa vuotta alkuräjähdyksen jälkeen.

Donnan on edelleen toiveikas, että JWST pystyy löytämään galakseja, joiden spektroskooppinen punasiirtymä on suurempi kuin 14. "Se on mahdollista, varsinkin syvemmällä kuvantamisella", hän kertoo. Fysiikan maailma.

Pölyn tuotanto

Ei sillä, että hyvin tutkittu galaksi, jonka punasiirtymä on 4.9, olisi mitään haistelemisen arvoista. Niiden galaksien ominaisuuksien tutkiminen, jotka olivat olemassa, kun universumi oli hieman yli miljardi vuotta vanha, on ratkaisevan tärkeää, jotta ymmärrettäisiin, miten galaksit ovat kehittyneet tähtien muodostumisen kannalta. Tämä voidaan päätellä peräkkäisten tähtien sukupolvien tuottaman pölyn määrästä – sama pöly, joka saa CEERS-93316:n näyttämään punaisemmalta.

"Meidän on tehtävä yksityiskohtaisempi analyysi CEERS-93316:n ominaisuuksista, mutta se näyttää olevan pölyinen", Donnan sanoo. "Meidän on tutkittava sen tähtien muodostumishistoriaa, jos haluamme ymmärtää, miten se syntyi."

Sillä välin suunnitellaan lisähavaintoja erittäin korkean punasiirtymän galakseille, kuten Maisien galaksille, Finkelsteinin mukaan, joka on myös mukana NIRSpec-tutkimuksessa.

Syvällisempi spektroskopia

"Seuraava askel on ehdottomasti syvempi spektroskopia, jotta voidaan tutkia tarkalleen, mikä aiheuttaa [Maisie's Galaxyn] olevan niin sininen", hän sanoo viitaten sen lepokehyksen väriin. Johtava teoria on, että varhaisissa galakseissa, kuten Maisien galaksissa, oli suurempi osuus kirkkaita, sinisiä, massiivisia tähtiä verrattuna tämän päivän galakseihin. Havainnot yhdellä Havaijin 10-metrisistä Keck-teleskoopeista ovat jo käynnissä, ja Finkelstein toivoo voivansa seurata JWST:tä tulevaisuudessa.

"Etsimme heikompia lepo-UV-emissiolinjan ominaisuuksia, jotka ovat diagnostisia asioita, kuten erittäin massiivisten tähtien läsnäoloa ja myös sitä, kuinka voimakasta tähtien valo on näkemistämme tähdistä", Finkelstein sanoo.

Viime kädessä havainnot muistuttavat galaksien punasiirtymien spektroskooppisen vahvistuksen tarpeesta ja siitä, että ennen kuin tällaisia ​​mittauksia on tehty, meidän tulee suhtautua ennätysten rikkoviin fotometrisiin punasiirtymiin liittyviin väitteisiin varoen.

Tutkimus on kuvattu kohdassa a esitulostus päälle arXiv.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Tulevaisuuden lyöminen Adryenn Ashley. Pääsy tästä.
• Lähde: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/