Spektrometr JWST poprawia przesunięcia ku czerwieni odległych galaktyk

Instrument NIRSpec na Kosmicznym Teleskopie Jamesa Webba (JWST) ujawnił, że odległa galaktyka, o której wcześniej sądzono, że ma rekordowe przesunięcie ku czerwieni wynoszące 16.4, jest w rzeczywistości znacznie bliżej Ziemi. Badanie potwierdziło również, że niektóre inne obiekty obserwowane przez JWST należą do najodleglejszych galaktyk, jakie kiedykolwiek zaobserwowano.

Kosmologiczne przesunięcie ku czerwieni jest miarą tego, jak bardzo światło galaktyki zostało rozciągnięte do dłuższych, bardziej czerwonych długości fal w wyniku rozszerzania się wszechświata. Im większe przesunięcie ku czerwieni, tym więcej czasu światło z galaktyki musiało spędzić na poruszaniu się przez rozszerzający się kosmos. Oznacza to, że widzimy obiekty o dużym przesunięciu ku czerwieni, tak jak wyglądały bardzo dawno temu – i że obiekty te znajdują się bardzo daleko.

Astronomowie bardzo chętnie badają galaktyki o wysokim przesunięciu ku czerwieni, ponieważ zapewniają one wgląd we wczesny Wszechświat. Rzeczywiście, ostatnie obserwacje potwierdzają wyłaniający się obraz, że galaktyki we wczesnym wszechświecie były masywniejsze, bardziej rozwinięte i jaśniejsze niż wcześniej przewidywano.

Kilka słabych galaktyk

Latem 2022 roku pierwsze głębokie przeglądy odległego Wszechświata JWST ujawniły kilka słabych galaktyk, które oszacowano jako galaktyki o największym przesunięciu ku czerwieni, jakie kiedykolwiek zaobserwowano.

Nazywa się jeden obiekt Galaktyka Maisie który został odkryty w danych JWST przez zespół kierowany przez Steve'a Finkelsteina z University of Texas w Austin. Początkowo sądzono, że galaktyka ma przesunięcie ku czerwieni 14.3, co oznaczałoby, że znajdowała się zaledwie 280 milionów lat po Wielkim Wybuchu. Inny kandydat, CEERS-93316, znalezione przez zespół kierowany przez Calluma Donnana z Uniwersytetu w Edynburgu, wydaje się mieć przesunięcie ku czerwieni 16.4, co odpowiada zaledwie 250 milionom lat po Wielkim Wybuchu.

Dla porównania, najdalszą potwierdzoną galaktyką znaną przed wystrzeleniem JWST była Gn-z11, której przesunięcie ku czerwieni wynosi 11.6.

Poprawione przesunięcia ku czerwieni

Te wczesne pomiary JWST zostały wykonane przy użyciu techniki fotometrycznej, która mierzy ogólną czerwień galaktyki. Chociaż ta technika może być stosowana w przypadku słabych, odległych obiektów, może na nią wpływać obecność pyłu i nie jest tak dokładna, jak pomiar przesunięć poszczególnych linii widmowych. Teraz zespół astronomów wykorzystał spektrometr bliskiej podczerwieni JWST (NIRSpec) do obserwacji galaktyk i udoskonalił szacunki przesunięcia ku czerwieni – z mieszanymi wynikami.

„Niestety, kandydat na przesunięcie ku czerwieni 16.4 [CEERS-93316] okazał się niskim przesunięciem ku czerwieni”, mówi Donnan, który jest członkiem zespołu kierowanego przez Pabla Arrabala Haro NOIRLab w Arizonie. Ponieważ dane NIRSpec zostały natychmiast upublicznione bez prawa własności dla naukowców, którzy zaproponowali obserwacje, zespół Haro musiał napisać swój artykuł w mniej niż trzy dni, aby uniknąć pobicia.

Zamiast mieć 16.4, CEERS-93316 okazał się być galaktyką pyłową z przesunięciem ku czerwieni równym 4.9, co oznacza, że ​​widzimy ją taką, jaka istniała 12.5 miliarda lat temu. Zespół Donnana wcześniej uważał, że ma mocne argumenty przemawiające za rekordowym przesunięciem ku czerwieni, zwłaszcza że galaktyka wykazywała silną emisję w kolorze niebieskim i ultrafioletowym w swoim spoczynkowym ujęciu (jak to wygląda po usunięciu przesunięcia ku czerwieni).

Jednak połączenie bardzo silnych linii emisyjnych w połączeniu z faktem, że jedna z tych linii, o długości fali wodoru alfa, znajdowała się w miejscu, w którym trzy filtry NIRSpec nakładają się, tak że linia emisyjna ma udział we wszystkich trzech, błędnie sprawiało wrażenie że CEERS-93316 był samoistnie jasną galaktyką ze znacznie wyższym przesunięciem ku czerwieni.

Galaktyka Maisie

Lepsze wieści pojawiły się w przesunięciu ku czerwieni dla Galaktyki Maisie, która okazała się mieć przesunięcie ku czerwieni 11.4. To wciąż bardzo duże przesunięcie ku czerwieni i wskazuje na galaktykę pozbawioną pyłu. Galaktyka ma również stosunkowo wysokie tempo powstawania gwiazd i całkowitą masę gwiazd 250 milionów razy większą od masy Słońca. Ta masa rosła przez okres 30-120 milionów lat przed tym, jak widzimy Galaktykę Maisie.

NIRSpec wykazało teraz również, że kolejne osiem galaktyk ma przesunięcia ku czerwieni większe niż 10. Obecnym rekordzistą jest JADES-GS-z13-0, który ma potwierdzone spektroskopowo przesunięcie ku czerwieni wynoszące 13.2 i który, jak widzimy, istniał zaledwie 350 milionów lat po Wielkim Wybuchu.

Donnan wciąż ma nadzieję, że JWST będzie w stanie odkryć galaktyki ze spektroskopowymi przesunięciami ku czerwieni większymi niż 14. „Jest to możliwe, szczególnie w przypadku głębszego obrazowania” — mówi. Świat Fizyki.

Produkcja pyłu

Nie żeby dobrze zbadana galaktyka z przesunięciem ku czerwieni 4.9 była czymś godnym uwagi. Badanie właściwości galaktyk, które istniały, gdy Wszechświat miał nieco ponad miliard lat, ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia, w jaki sposób galaktyki rozwijały się pod względem formowania się gwiazd. Można to wywnioskować z ilości pyłu wytwarzanego przez kolejne generacje gwiazd – tego samego pyłu, który powoduje, że CEERS-93316 wydaje się bardziej czerwony.

„Musimy przeprowadzić bardziej szczegółową analizę właściwości CEERS-93316, ale wygląda na to, że jest zakurzony” – mówi Donnan. „Musimy przyjrzeć się historii formowania się gwiazd, jeśli chcemy zrozumieć, jak do tego doszło”.

W międzyczasie planowane są dalsze obserwacje galaktyk o bardzo wysokim przesunięciu ku czerwieni, takich jak Galaktyka Maisie według Finkelsteina, który jest również zaangażowany w badania NIRSpec.

Głębsza spektroskopia

„Następnym krokiem jest zdecydowanie głębsza spektroskopia, aby dokładnie zbadać, co powoduje, że [Galaktyka Maisie] jest tak niebieska”, mówi, odnosząc się do koloru spoczynkowej ramki. Wiodąca teoria głosi, że wczesne galaktyki, takie jak Galaktyka Maisie, miały wyższy odsetek jasnych, niebieskich, masywnych gwiazd w porównaniu z dzisiejszymi galaktykami. Obserwacje za pomocą jednego z 10-metrowych teleskopów Kecka na Hawajach już trwają, a Finkelstein ma nadzieję na kontynuację z JWST w przyszłości.

„Będziemy szukać słabszych linii emisyjnych spoczynkowego promieniowania UV, które są diagnostyką m.in. obecności bardzo masywnych gwiazd, a także tego, jak intensywne jest światło gwiazd, które widzimy” – mówi Finkelstein.

Ostatecznie odkrycia przypominają o potrzebie spektroskopowego potwierdzenia galaktycznych przesunięć ku czerwieni i że dopóki takie pomiary nie zostaną wykonane, powinniśmy ostrożnie podchodzić do twierdzeń o rekordowych fotometrycznych przesunięciach ku czerwieni.

Badania opisano w a drukowanie włączone arXiv.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• Platoblockchain. Web3 Inteligencja Metaverse. Wzmocniona wiedza. Dostęp tutaj.
• Wybijanie przyszłości w Adryenn Ashley. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/