JWST-spectrometer verfijnt roodverschuivingen van verre sterrenstelsels

Het NIRSpec-instrument op de James Webb Space Telescope (JWST) heeft onthuld dat een ver weg sterrenstelsel waarvan eerder werd gedacht dat het een recordbrekende roodverschuiving van 16.4 had, in werkelijkheid veel dichter bij de aarde staat. De studie heeft ook bevestigd dat sommige andere objecten die door JWST zijn waargenomen tot de meest verre sterrenstelsels behoren die ooit zijn gezien.

Kosmologische roodverschuiving is een maat voor hoeveel het licht van een melkwegstelsel is uitgerekt tot langere, rodere golflengten door de uitdijing van het universum. Hoe hoger de roodverschuiving, hoe meer tijd het licht van een melkwegstelsel moet hebben besteed aan het bewegen door de uitdijende kosmos. Dit betekent dat we objecten met een hoge roodverschuiving zien zoals ze heel lang geleden verschenen – en dat de objecten erg ver weg zijn.

Astronomen zijn erg enthousiast over het bestuderen van sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving omdat ze een venster bieden op het vroege universum. Recente waarnemingen ondersteunen inderdaad het opkomende beeld dat sterrenstelsels in het vroege heelal massiever, meer ontwikkeld en helderder waren dan eerder was voorspeld.

Verschillende vage sterrenstelsels

In de zomer van 2022 brachten de eerste diepe onderzoeken van het verre heelal door de JWST verschillende vage sterrenstelsels aan het licht die naar schatting de hoogste roodverschuivingsstelsels ooit waren.

Er wordt één object genoemd Maisie's Galaxy dat werd ontdekt in de JWST-gegevens door een team onder leiding van Steve Finkelstein van de Universiteit van Texas in Austin. Aanvankelijk werd gedacht dat het sterrenstelsel een roodverschuiving van 14.3 had, wat het slechts 280 miljoen jaar na de oerknal zou hebben geplaatst. een andere kandidaat, CEERS-93316, gevonden door een team onder leiding van Callum Donnan van de Universiteit van Edinburgh, bleek een roodverschuiving van 16.4 te hebben, wat overeenkomt met slechts 250 miljoen jaar na de oerknal.

Ter vergelijking: het meest afgelegen bevestigde sterrenstelsel dat bekend was vóór de lancering van de JWST was Gn-z11, dat een roodverschuiving van 11.6 heeft.

Herziene roodverschuivingen

Deze vroege JWST-metingen werden gedaan met behulp van een fotometrische techniek, die de algehele roodheid van een sterrenstelsel meet. Hoewel deze techniek kan worden gebruikt op vage, verre objecten, kan deze worden beïnvloed door de aanwezigheid van stof en is deze niet zo nauwkeurig als het meten van de verschuivingen van individuele spectraallijnen. Nu heeft een team van astronomen JWST's Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) gebruikt om de sterrenstelsels te observeren en de schattingen van de roodverschuiving te verfijnen - met gemengde resultaten.

"Helaas bleek de roodverschuiving 16.4 kandidaat [CEERS-93316] een lage roodverschuiving te hebben", zegt Donnan, die lid is van het team onder leiding van Pablo Arrabal Haro van NOIRLab in Arizona. Omdat de NIRSpec-gegevens onmiddellijk openbaar werden gemaakt zonder eigendomstijd voor de wetenschappers die de waarnemingen voorstelden, moest het team van Haro hun paper in minder dan drie dagen schrijven om te voorkomen dat ze verslagen zouden worden.

In plaats van 16.4 te zijn, bleek CEERS-93316 een stoffig sterrenstelsel te zijn met een roodverschuiving van 4.9, wat betekent dat we het zien zoals het 12.5 miljard jaar geleden bestond. Het team van Donnan dacht eerder dat ze sterke argumenten hadden voor een recordbrekende roodverschuiving, vooral omdat het sterrenstelsel een sterke blauwe en ultraviolette emissie vertoonde in zijn rustframe (zoals het lijkt met de roodverschuiving verwijderd).

De combinatie van zeer sterke emissielijnen in combinatie met het feit dat een van die lijnen, van de waterstof-alfa-golflengte, zich in een positie bevond waar drie van NIRSpec's filters elkaar overlappen, zodat de emissielijn bijdraagt ​​aan alle drie, wekte ten onrechte de indruk dat CEERS-93316 een intrinsiek lichtgevend sterrenstelsel was met een veel hogere roodverschuiving.

Maisie's Galaxy

Er was beter nieuws over de roodverschuivingsinzet voor Maisie's Galaxy, waarvan werd onthuld dat het een roodverschuiving van 11.4 had. Dit is nog steeds een zeer hoge roodverschuiving en duidt op een sterrenstelsel dat stofvrij is. Het sterrenstelsel heeft ook een relatief hoge stervormingssnelheid en een totale stellaire massa van 250 miljoen keer de massa van de zon. Deze massa was gedurende een periode van 30 tot 120 miljoen jaar gegroeid voordat we Maisie's Galaxy zagen.

NIRSpec heeft nu ook aangetoond dat nog eens acht sterrenstelsels een roodverschuiving van meer dan 10 hebben. De huidige recordhouder is JADES-GS-z13-0, die een spectroscopisch bevestigde roodverschuiving van 13.2 heeft en waarvan we zien dat hij slechts 350 miljoen jaar na de oerknal bestond.

Donnan heeft nog steeds hoop dat JWST sterrenstelsels kan ontdekken met spectroscopische roodverschuivingen groter dan 14. "Het is mogelijk, vooral in diepere beeldvorming", vertelt hij. Natuurkunde wereld.

Stof productie

Niet dat een goed bestudeerd sterrenstelsel met een roodverschuiving van 4.9 iets is om aan te snuffelen. Het bestuderen van de eigenschappen van sterrenstelsels die bestonden toen het universum iets meer dan een miljard jaar oud was, is cruciaal om te begrijpen hoe sterrenstelsels zich hebben ontwikkeld in termen van hun stervorming. Dit kan worden afgeleid uit de hoeveelheid stof die opeenvolgende generaties sterren produceren - hetzelfde stof dat ervoor zorgt dat CEERS-93316 roder lijkt.

"We moeten een meer gedetailleerde analyse maken van de eigenschappen van CEERS-93316, maar het lijkt stoffig", zegt Donnan. "We moeten naar de geschiedenis van stervorming kijken als we willen begrijpen hoe het is ontstaan."

Ondertussen zijn er volgens Finkelstein, die ook betrokken is bij de NIRSpec-studie, verdere waarnemingen gepland voor sterrenstelsels met een zeer hoge roodverschuiving, zoals Maisie's Galaxy.

Diepere spectroscopie

"De volgende stap is beslist diepere spectroscopie, om precies te onderzoeken waardoor [Maisie's Galaxy] zo blauw is", zegt hij, verwijzend naar de kleur van het restframe. De leidende theorie is dat vroege sterrenstelsels zoals Maisie's Galaxy een groter aandeel heldere, blauwe, massieve sterren hadden in vergelijking met de huidige sterrenstelsels. Waarnemingen met een van de Keck 10-meter telescopen op Hawaï zijn al aan de gang en Finkelstein hoopt in de toekomst een vervolg te geven met JWST.

"We gaan op zoek naar zwakkere rest-UV-emissielijnkenmerken, die diagnostisch zijn voor onder meer de aanwezigheid van zeer massieve sterren en ook hoe intens het sterlicht is van de sterren die we zien", zegt Finkelstein.

Uiteindelijk herinneren de bevindingen aan de noodzaak van spectroscopische bevestiging van roodverschuivingen in melkwegstelsels en dat we, totdat dergelijke metingen zijn gedaan, voorzichtig moeten zijn met claims van recordbrekende fotometrische roodverschuivingen.

Het onderzoek wordt beschreven in een voordruk op arXiv.

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• De toekomst slaan met Adryenn Ashley. Toegang hier.
• Bron: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/