Спектрометр JWST уточняет красное смещение далеких галактик

Инструмент NIRSpec на космическом телескопе Джеймса Уэбба (JWST) показал, что далекая галактика, которая, как ранее считалось, имеет рекордное красное смещение 16.4, на самом деле намного ближе к Земле. Исследование также подтвердило, что некоторые другие объекты, наблюдаемые JWST, являются одними из самых далеких галактик, которые когда-либо наблюдались.

Космологическое красное смещение — это мера того, насколько свет галактики растянулся до более длинных и красных длин волн в результате расширения Вселенной. Чем больше красное смещение, тем больше времени свет от галактики должен был пройти через расширяющийся космос. Это означает, что мы видим объекты с большим красным смещением такими, какими они появились очень давно, и что эти объекты находятся очень далеко.

Астрономы очень заинтересованы в изучении галактик с большим красным смещением, потому что они открывают окно в раннюю Вселенную. Действительно, недавние наблюдения подтверждают возникающую картину того, что галактики в ранней Вселенной были более массивными, более развитыми и более яркими, чем предсказывалось ранее.

Несколько слабых галактик

Летом 2022 года первые глубокие исследования далекой Вселенной, проведенные JWST, выявили несколько слабых галактик, которые были оценены как галактики с самым большим красным смещением из когда-либо наблюдаемых.

Один объект называется Галактика Мэйси который был обнаружен в данных JWST группой под руководством Стив Финкельштейн Техасского университета в Остине. Первоначально предполагалось, что галактика имеет красное смещение 14.3, то есть всего через 280 миллионов лет после Большого взрыва. Другой кандидат, CEERS-93316, найденная группой под руководством Каллум Доннан Эдинбургского университета, оказалось, имеет красное смещение 16.4, что соответствует всего 250 миллионам лет после Большого взрыва.

Для сравнения, самой далекой подтвержденной галактикой, известной до запуска JWST, была Gn-z11 с красным смещением 11.6.

Пересмотренные красные смещения

Эти ранние измерения JWST были сделаны с использованием фотометрической техники, которая измеряет общую красноту галактики. Хотя этот метод можно использовать для слабых удаленных объектов, на него может повлиять присутствие пыли, и он не так точен, как измерение смещений отдельных спектральных линий. Теперь команда астрономов использовала спектрометр ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRSpec) для наблюдения за галактиками и уточнила оценки красного смещения — со смешанными результатами.

«К сожалению, кандидат на красное смещение 16.4 [CEERS-93316] оказался с малым красным смещением», — говорит Доннан, член группы, возглавляемой Пабло Аррабаль Аро NOIRLab в Аризоне. Поскольку данные NIRSpec были немедленно обнародованы, и у ученых, предложивших свои наблюдения, не было свободного времени, команде Аро пришлось написать свою статью менее чем за три дня, чтобы не быть избитыми.

Было обнаружено, что CEERS-16.4 имеет не 93316, а пыльную галактику с красным смещением 4.9, а это означает, что мы видим ее такой, какой она существовала 12.5 миллиардов лет назад. Команда Доннана ранее думала, что у них есть веские доводы в пользу рекордного красного смещения, особенно потому, что галактика демонстрировала сильное синее и ультрафиолетовое излучение в своей системе покоя (как это выглядит после удаления красного смещения).

Однако сочетание очень сильных эмиссионных линий в сочетании с тем фактом, что одна из этих линий, с длиной волны водорода-альфа, находилась в положении, при котором три фильтра NIRSpec перекрываются, так что эмиссионная линия вносит вклад во все три, ошибочно создавало впечатление что CEERS-93316 была яркой галактикой с гораздо большим красным смещением.

Галактика Мэйси

Были хорошие новости в ставках красного смещения для Галактики Мейзи, которая, как выяснилось, имела красное смещение 11.4. Это по-прежнему очень большое красное смещение, указывающее на отсутствие пыли в галактике. Галактика также имеет относительно высокую скорость звездообразования и общую звездную массу в 250 миллионов раз больше массы Солнца. Эта масса росла в течение 30–120 миллионов лет до того времени, когда мы видим Галактику Мэйси.

NIRSpec также показал, что еще восемь галактик имеют красное смещение более 10. Нынешним рекордсменом является ДЖЕЙДС-GS-z13-0, который имеет спектроскопически подтвержденное красное смещение 13.2 и который, как мы видим, существовал всего через 350 миллионов лет после Большого взрыва.

Доннан все еще надеется, что JWST сможет обнаружить галактики со спектроскопическим красным смещением более 14. «Это возможно, особенно при более глубоком изображении», — говорит он. Мир физики.

Производство пыли

Не то чтобы хорошо изученная галактика с красным смещением 4.9 — это что-то, что можно обнюхать. Изучение свойств галактик, которые существовали, когда Вселенной было чуть более миллиарда лет, имеет решающее значение для понимания того, как развивались галактики с точки зрения их звездообразования. Об этом можно судить по количеству пыли, которую производят последовательные поколения звезд — той самой пыли, из-за которой CEERS-93316 выглядит краснее.

«Нам нужно провести более подробный анализ свойств CEERS-93316, но он кажется пыльным», — говорит Доннан. «Нам нужно изучить его историю звездообразования, если мы хотим понять, как он появился».

Между тем, по словам Финкельштейна, который также участвует в исследовании NIRSpec, запланированы дальнейшие наблюдения за галактиками с очень большим красным смещением, такими как галактика Мэйси.

Более глубокая спектроскопия

«Следующим шагом, безусловно, является более глубокая спектроскопия, чтобы выяснить, что именно делает [Галактику Мэйси] такой синей», — говорит он, имея в виду ее цвет в состоянии покоя. Ведущая теория состоит в том, что ранние галактики, такие как Галактика Мэйси, имели более высокую долю светящихся, голубых, массивных звезд по сравнению с современными галактиками. Наблюдения с использованием одного из 10-метровых телескопов Кека на Гавайях уже ведутся, и Финкельштейн надеется продолжить работу с JWST в будущем.

«Мы будем искать более слабые особенности линий эмиссии покоящегося УФ-излучения, которые являются диагностическими для таких вещей, как присутствие очень массивных звезд, а также насколько интенсивен звездный свет от звезд, которые мы видим», — говорит Финкельштейн.

В конечном счете, результаты являются напоминанием о необходимости спектроскопического подтверждения красных смещений галактик и о том, что до тех пор, пока такие измерения не будут сделаны, мы должны с осторожностью относиться к заявлениям о рекордных фотометрических красных смещениях.

Исследование описано в предварительно распечатать ArXiv.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• Платоблокчейн. Интеллект метавселенной Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• Чеканка будущего с Эдриенн Эшли. Доступ здесь.
• Источник: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/