ספקטרומטר JWST מעדן את ההסטות לאדום של גלקסיות רחוקות

מכשיר NIRSpec על טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) חשף כי גלקסיה רחוקה שנחשבה בעבר בהיסט לאדום שוברת שיא של 16.4 היא למעשה הרבה יותר קרובה לכדור הארץ. המחקר גם אישר שכמה עצמים אחרים שנצפו על ידי JWST הם בין הגלקסיות המרוחקות ביותר שנראו אי פעם.

הסטה לאדום קוסמולוגית היא מדד למידת התרחבות האור של הגלקסיה לאורכי גל ארוכים ואדומים יותר על ידי התפשטות היקום. ככל שההסטה לאדום גבוהה יותר, כך האור מגלקסיה בילה יותר זמן בתנועה בקוסמוס המתרחב. משמעות הדבר היא שאנו רואים עצמים בהסטה לאדום גבוהה כפי שהם הופיעו לפני זמן רב מאוד - ושהעצמים נמצאים רחוק מאוד.

אסטרונומים להוטים מאוד לחקור גלקסיות בהיסט לאדום גבוה מכיוון שהן מספקות צוהר ליקום המוקדם. ואכן, תצפיות עדכניות תומכות בתמונה המתגבשת לפיה הגלקסיות ביקום המוקדם היו מסיביות יותר, מפותחות יותר ומוארות יותר ממה שחזו קודם לכן.

כמה גלקסיות חלשות

בקיץ 2022, הסקרים העמוקים הראשונים של ה-JWST ביקום הרחוק העלו כמה גלקסיות חלשות שהוערכו כגלקסיות ההסטה לאדום הגבוהה ביותר שנראו אי פעם.

אובייקט אחד נקרא הגלקסיה של מייזי שהתגלה בנתוני JWST על ידי צוות בראשות סטיב פינקלשטיין מאוניברסיטת טקסס באוסטין. תחילה חשבו שהגלקסיה נמצאת בהיסט לאדום של 14.3, מה שהיה מציב אותה רק 280 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. מועמד אחר, CEERS-93316, נמצא על ידי צוות בראשות קאלום דונן של אוניברסיטת אדינבורו, נראה היה בהיסט לאדום של 16.4, המשתווה ל-250 מיליון שנים בלבד לאחר המפץ הגדול.

לשם השוואה, הגלקסיה המאושרת הרחוקה ביותר שידועה לפני שיגור ה-JWST הייתה Gn-z11, בעלת הסטה לאדום של 11.6.

הסטה לאדום מתוקנת

מדידות JWST מוקדמות אלו נעשו בטכניקה פוטומטרית, המודדת את האדמומיות הכוללת של גלקסיה. אמנם ניתן להשתמש בטכניקה זו על עצמים חלשים ומרוחקים, אך היא יכולה להיות מושפעת מנוכחות אבק ואינה מדויקת כמו מדידת התזוזות של קווים ספקטרליים בודדים. כעת, צוות של אסטרונומים השתמש בספקטרומטר הקרוב לאינפרא אדום (NIRSpec) של JWST כדי לצפות בגלקסיות ושיכלל את הערכות ההיסט לאדום - עם תוצאות מעורבות.

"למרבה הצער, המועמד להסטה לאדום 16.4 [CEERS-93316] התברר כהיסט לאדום נמוך", אומר דונן, שהוא חבר בצוות בראשות פבלו ארבל הרו של NOIRLab באריזונה. מכיוון שנתוני NIRSpec פורסמו מיד לציבור ללא זמן קנייני עבור המדענים שהציעו את התצפיות, הצוות של הארו נאלץ לכתוב את המאמר שלהם תוך פחות משלושה ימים כדי להימנע מלהיות מכות.

במקום להיות ב-16.4, נמצא כי CEERS-93316 היא גלקסיה מאובקת בהיסט לאדום של 4.9, כלומר אנו רואים אותה כפי שהיא הייתה קיימת לפני 12.5 מיליארד שנים. הצוות של דונן חשב בעבר שיש להם סיבה חזקה להסטה לאדום שוברת שיא, במיוחד כשהגלקסיה הציגה פליטת כחול ואולטרה סגול חזקה במסגרת המנוחה שלה (כפי שהיא נראית כשההסטה לאדום הוסרה).

עם זאת, השילוב של קווי פליטה חזקים מאוד יחד עם העובדה שאחד מאותם קווים, באורך גל מימן-אלפא, היה במצב בו שלושה מהמסננים של NIRSpec חופפים כך שקו הפליטה תורם לשלושתם, נתן את הרושם בטעות. ש-CEERS-93316 הייתה גלקסיה מוארת מטבעה בהיסט לאדום גבוה בהרבה.

הגלקסיה של מייזי

היו חדשות טובות יותר בהימור על ההיסט לאדום עבור Maisie's Galaxy, שהתגלה בהיסט לאדום של 11.4. זוהי עדיין היסט לאדום גבוה מאוד ומצביע על גלקסיה נטולת אבק. לגלקסיה יש גם קצב היווצרות כוכבים גבוה יחסית ומסה כוכבית כוללת של פי 250 מיליון מהמסה של השמש. מסה זו גדלה במשך תקופה של 30-120 מיליון שנים לפני הזמן שבו אנו רואים את הגלקסיה של מייזי.

שמונה גלקסיות נוספות הראו כעת גם על ידי NIRSpec בעלות הסטה לאדום גדולה מ-10. בעל השיא הנוכחי הוא JADES-GS-z13-0, בעל הסטה לאדום שאושרה ספקטרוסקופית של 13.2 ואשר אנו רואים כפי שהתקיימה רק 350 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול.

דונן עדיין מקווה ש-JWST יוכל לגלות גלקסיות עם הסטה לאדום ספקטרוסקופית גדולה מ-14. "זה אפשרי, במיוחד בהדמיה עמוקה יותר", הוא אומר. עולם הפיזיקה.

ייצור אבק

לא שגלקסיה שנחקרה היטב בהיסט לאדום של 4.9 היא משהו שצריך לרחרח בו. לימוד תכונות הגלקסיות שהיו קיימות כשהיקום היה בן קצת יותר ממיליארד שנים הוא חיוני בהבנת האופן שבו התפתחו הגלקסיות מבחינת היווצרות הכוכבים שלהן. ניתן להסיק זאת מכמות האבק שמייצרים דורות עוקבים של כוכבים - אותו אבק שגורם ל-CEERS-93316 להיראות אדום יותר.

"אנחנו צריכים לעשות ניתוח מפורט יותר של המאפיינים של CEERS-93316, אבל נראה שהוא מאובק", אומר דונן. "אנחנו צריכים לבחון את היסטוריית היווצרות הכוכבים שלו אם אנחנו רוצים להבין איך זה נוצר."

בינתיים, מתוכננות תצפיות נוספות בגלקסיות ההיסט לאדום הגבוה מאוד כמו הגלקסיה של מייזי לפי פינקלשטיין, שגם מעורב במחקר NIRSpec.

ספקטרוסקופיה עמוקה יותר

"השלב הבא הוא בהחלט ספקטרוסקופיה עמוקה יותר, כדי לבחון בדיוק מה גורם [הגלקסיה של מייזי] להיות כל כך כחול", הוא אומר, בהתייחסו לצבע המנוחה שלו. התיאוריה המובילה היא שלגלקסיות מוקדמות כמו הגלקסיה של מייזי היה שיעור גבוה יותר של כוכבים זוהרים, כחולים ומסיביים בהשוואה לגלקסיות כיום. תצפיות באמצעות אחד מהטלסקופים של Keck 10 מטר בהוואי כבר בעיצומן, ופינקלשטיין מקווה לעקוב עם JWST בעתיד.

"אנחנו נחפש מאפיינים חלשים יותר של קו פליטת UV, שהם דיאגנוסטיקה לדברים הכוללים נוכחות של כוכבים מאסיביים מאוד וגם עד כמה עוצמת אור הכוכבים מהכוכבים שאנו רואים", אומר פינקלשטיין.

בסופו של דבר, הממצאים הם תזכורת לצורך באישור הספקטרוסקופי של הסטות לאדום בגלקסיות וכי עד לעריכת מדידות כאלה, עלינו לקחת את הטענות על הסטה לאדום פוטומטרית שוברת שיא בזהירות.

המחקר מתואר ב-א הדפסה על arXiv.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. ידע מוגבר. גישה כאן.
• הטבעת העתיד עם אדריאן אשלי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/