Ser tilbake mot kosmisk daggry – astronomer bekrefter den svakeste galaksen som noen gang er sett

Universet vi lever i er et gjennomsiktig, der lys fra stjerner og galakser skinner sterkt mot et klart, mørkt bakteppe. Men dette var ikke alltid tilfelle - i de første årene var universet fylt med en tåke av hydrogenatomer som skjulte lys fra de tidligste stjernene og galaksene.

Det intense ultrafiolette lyset fra de første generasjonene av stjerner og galakser antas å ha brent gjennom hydrogentåken og forvandlet universet til det vi ser i dag. Mens tidligere generasjoner av teleskoper manglet evnen til å studere de tidlige kosmiske objektene, bruker astronomer nå James Webb Space Telescopesin overlegne teknologi for å studere stjernene og galaksene som ble dannet i umiddelbar etterdønning av Big Bang.

jeg er en astronom som studerer de fjerneste galaksene i universet ved hjelp av verdens fremste bakke- og rombaserte teleskoper. Ved å bruke nye observasjoner fra Webb-teleskopet og et fenomen som kalles gravitasjonslinser, teamet mitt bekreftet eksistensen av den svakeste galaksen som for tiden er kjent i det tidlige universet. Galaksen, kalt JD1, sees slik den var da universet bare var 480 millioner år gammelt, eller 4 prosent av sin nåværende alder.

En kort historie om det tidlige universet

De første milliard årene av universets liv var en avgjørende periode i utviklingen. I de første øyeblikkene etter Big Bang ble materie og lys bundet til hverandre i en varm, tett "suppe" av fundamentale partikler.

Imidlertid, en brøkdel av et sekund etter Big Bang, universet ekspanderte ekstremt raskt. Denne utvidelsen tillot til slutt universet å avkjøle seg nok til at lys og materie kunne skilles ut av "suppen" deres og - rundt 380,000 XNUMX år senere - danne hydrogenatomer. Hydrogenatomene dukket opp som en intergalaktisk tåke, og uten lys fra stjerner og galakser var universet mørkt. Denne perioden er kjent som kosmisk mørke middelalder.

Ankomsten av de første generasjonene av stjerner og galakser flere hundre millioner år etter Big Bang badet universet i ekstremt varmt UV-lys, som brente – eller ioniserte – hydrogentåken. Denne prosessen ga det gjennomsiktige, komplekse og vakre universet vi ser i dag.

Astronomer som meg kaller universets første milliard år – da denne hydrogentåken brant bort – for epoke med reionisering. For å forstå denne tidsperioden fullt ut, studerer vi når de første stjernene og galaksene ble dannet, hva deres hovedegenskaper var, og om de var i stand til å produsere nok UV-lys til å brenne gjennom alt hydrogenet.

[Innebygd innhold]

Jakten på svake galakser i det tidlige universet

Det første skrittet mot å forstå epoken med reionisering er å finne og bekrefte avstandene til galakser som astronomer tror kan være ansvarlige for denne prosessen. Siden lys beveger seg med en begrenset hastighet, tar det tid å komme til teleskopene våre, så astronomer se objekter slik de var i fortiden.

For eksempel tar lys fra sentrum av galaksen vår, Melkeveien, omtrent 27,000 27,000 år å nå oss på jorden, så vi ser det slik det var 13.8 XNUMX år tidligere. Det betyr at hvis vi ønsker å se tilbake til de aller første øyeblikkene etter Big Bang (universet er XNUMX milliarder år gammelt), må vi lete etter objekter på ekstreme avstander.

Fordi galakser som bor i denne tidsperioden er så langt unna, fremstår de ekstremt svak og liten til våre teleskoper og sender ut mesteparten av lyset deres i infrarødt. Dette betyr at astronomer trenger kraftige infrarøde teleskoper som Webb for å finne dem. Før Webb var praktisk talt alle de fjerne galaksene funnet av astronomer eksepsjonelt lyse og store, ganske enkelt fordi teleskopene våre ikke var følsomme nok til å se de svakere, mindre galaksene.

Det er imidlertid den sistnevnte befolkningen som er langt mer tallrike, representative og sannsynligvis vil være hoveddriverne for reioniseringsprosessen, ikke de lyse. Så disse svake galaksene er de astronomene trenger å studere mer detaljert. Det er som å prøve å forstå utviklingen til mennesker ved å studere hele populasjoner i stedet for noen få svært høye mennesker. Ved å la oss se svake galakser åpner Webb et nytt vindu for å studere det tidlige universet.

En typisk tidlig galakse

JD1 er en slik "typisk" svak galakse. Det var oppdaget i 2014 med Hubble-romteleskopet som en mistenkt fjern galakse. Men Hubble hadde ikke evnene eller følsomheten til å bekrefte avstanden – den kunne bare gjøre en utdannet gjetning.

Liten og svak i nærheten galakser kan noen ganger forveksles med fjerne galakser, så astronomer må være sikre på avstandene deres før vi kan komme med påstander om egenskapene deres. Fjerne galakser forblir derfor "kandidater" til de er bekreftet. Webb-teleskopet har endelig evnene til å bekrefte disse, og JD1 var en av de første store bekreftelsene fra Webb av en ekstremt fjern galaksekandidat funnet av Hubble. Denne bekreftelsen rangerer den som den svakeste galaksen som er sett i det tidlige universet.

For å bekrefte JD1 brukte et internasjonalt team av astronomer og jeg Webbs nær-infrarøde spektrograf, NIRSpec, for å få et infrarødt spektrum av galaksen. Spekteret tillot oss å finne avstanden fra Jorden og bestemme dens alder, antall unge stjerner den dannet, og mengden støv og tunge grunnstoffer den produserte.

Gravitasjonslinse, naturens forstørrelsesglass

Selv for Webb ville JD1 vært umulig å se uten en hjelpende hånd fra naturen. JD1 ligger bak en stor klynge av nærliggende galakser, kalt Abell 2744, hvis kombinerte gravitasjonsstyrke bøyer og forsterker lyset fra JD1. Denne effekten, kjent som gravitasjonslinser, får JD1 til å virke større og 13 ganger lysere enn den vanligvis ville gjort.

[Innebygd innhold]

Uten gravitasjonslinser ville ikke astronomer ha sett JD1, selv med Webb. Kombinasjonen av JD1s gravitasjonsforstørrelse og nye bilder fra et annet av Webbs nær-infrarøde instrumenter, NIRCam, gjorde det mulig for teamet vårt å studere galaksens struktur i enestående detaljer og oppløsning.

Ikke bare betyr dette at vi som astronomer kan studere de indre områdene av tidlige galakser, det betyr også at vi kan begynne å finne ut om slike tidlige galakser var små, kompakte og isolerte kilder, eller om de smeltet sammen og samhandlet med nærliggende galakser. Ved å studere disse galaksene, sporer vi tilbake til byggesteinene som formet universet og ga opphav til vårt kosmiske hjem.

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Bilde Credit: NASA/STScI

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Bil / elbiler, Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• ChartPrime. Hev handelsspillet ditt med ChartPrime. Tilgang her.
• BlockOffsets. Modernisering av eierskap for miljøkompensasjon. Tilgang her.
• kilde: https://singularityhub.com/2023/08/13/looking-back-toward-cosmic-dawn-astronomers-confirm-the-faintest-galaxy-ever-seen/