Spektrometer JWST izboljša rdeče premike oddaljenih galaksij

Instrument NIRSpec na vesoljskem teleskopu Jamesa Webba (JWST) je razkril, da je oddaljena galaksija, za katero se je prej mislilo, da ima rekordni rdeči premik 16.4, dejansko veliko bližje Zemlji. Študija je tudi potrdila, da so nekateri drugi objekti, ki jih je opazoval JWST, med najbolj oddaljenimi galaksijami, ki so jih kdaj videli.

Kozmološki rdeči premik je merilo, koliko je bila svetloba galaksije raztegnjena na daljše, rdeče valovne dolžine zaradi širjenja vesolja. Višji kot je rdeči premik, več časa mora svetloba iz galaksije porabiti za premikanje skozi širijoč se vesolje. To pomeni, da vidimo objekte z visokim rdečim premikom, kot so se pojavili zelo dolgo nazaj – in da so objekti zelo daleč.

Astronomi zelo radi preučujejo galaksije z visokim rdečim premikom, ker ponujajo okno v zgodnje vesolje. Dejansko nedavna opazovanja podpirajo nastajajočo sliko, da so bile galaksije v zgodnjem vesolju masivnejše, bolj razvite in bolj svetleče, kot je bilo prej napovedano.

Več šibkih galaksij

Poleti 2022 so prve globoke raziskave oddaljenega vesolja JWST pokazale več šibkih galaksij, ki so bile ocenjene kot galaksije z najvišjim rdečim premikom, ki so jih kdaj videli.

En predmet se imenuje Maisiena galaksija ki ga je v podatkih JWST odkrila ekipa pod vodstvom Steve Finkelstein Teksaške univerze v Austinu. Sprva so mislili, da je galaksija pri rdečem premiku 14.3, kar bi jo postavilo le 280 milijonov let po velikem poku. Drugi kandidat, CEERS-93316, ki ga je našla ekipa pod vodstvom Callum Donnan Univerze v Edinburghu, se je zdelo, da ima rdeči premik 16.4, kar je enako samo 250 milijonom let po velikem poku.

Za primerjavo, najbolj oddaljena potrjena galaksija, znana pred izstrelitvijo JWST, je bila Gn-z11, ki ima rdeči premik 11.6.

Spremenjeni rdeči premiki

Te zgodnje meritve JWST so bile narejene s fotometrično tehniko, ki meri celotno pordelost galaksije. Čeprav je to tehniko mogoče uporabiti na šibkih, oddaljenih predmetih, lahko nanjo vpliva prisotnost prahu in ni tako natančna kot merjenje premikov posameznih spektralnih črt. Zdaj je ekipa astronomov uporabila JWST-jev bližnjeinfrardeči spektrometer (NIRSpec) za opazovanje galaksij in izboljšala ocene rdečega premika – z mešanimi rezultati.

"Na žalost se je izkazalo, da ima kandidat za rdeči premik 16.4 [CEERS-93316] nizek rdeči premik," pravi Donnan, ki je član ekipe, ki jo vodi Pablo Arrabal Haro iz NOIRLab v Arizoni. Ker so bili podatki NIRSpec takoj objavljeni brez lastniškega časa za znanstvenike, ki so predlagali opazovanja, je morala Harova ekipa napisati svoj članek v manj kot treh dneh, da ne bi bila premagana.

Namesto 16.4 je bilo ugotovljeno, da je CEERS-93316 prašna galaksija z rdečim premikom 4.9, kar pomeni, da jo vidimo takšno, kot je obstajala pred 12.5 milijardami let. Donnanova ekipa je pred tem menila, da ima močne razloge za rekordno močan rdeči premik, še posebej, ker je galaksija kazala močno modro in ultravijolično sevanje v svojem mirovanju (kot se zdi, ko je bil odstranjen rdeči premik).

Vendar pa je kombinacija zelo močnih emisijskih linij skupaj z dejstvom, da je bila ena od teh linij z valovno dolžino vodika alfa v položaju, kjer se trije filtri NIRSpec prekrivajo, tako da emisijska črta prispeva k vsem trem, napačno dajala vtis, da je CEERS-93316 resnično svetleča galaksija z veliko večjim rdečim premikom.

Maisiena galaksija

Boljše novice so bile glede rdečih premikov za Maisijino galaksijo, za katero je bilo ugotovljeno, da ima rdeči premik 11.4. To je še vedno zelo visok rdeči premik in kaže na galaksijo brez prahu. Galaksija ima tudi relativno visoko stopnjo nastajanja zvezd in skupno maso zvezd, ki je 250 milijonov krat večja od mase Sonca. Ta masa je rasla v obdobju 30–120 milijonov let pred časom, ko vidimo Maisijino galaksijo.

NIRSpec je pokazal, da ima nadaljnjih osem galaksij rdeče premike, večje od 10. Trenutni rekorder je JADES-GS-z13-0, ki ima spektroskopsko potrjen rdeči premik 13.2 in za katerega vidimo, da je obstajal le 350 milijonov let po velikem poku.

Donnan še vedno upa, da bo JWST lahko odkril galaksije s spektroskopskimi rdečimi premiki, večjimi od 14. »To je mogoče, zlasti pri globljem slikanju,« pravi. Svet fizike.

Proizvodnja prahu

Ne, da je dobro raziskana galaksija z rdečim premikom 4.9 nekaj, kar bi bilo vredno povohati. Preučevanje lastnosti galaksij, ki so obstajale, ko je bilo vesolje staro nekaj več kot milijardo let, je ključnega pomena za razumevanje, kako so se galaksije razvile v smislu nastajanja zvezd. To je mogoče sklepati na podlagi količine prahu, ki ga proizvajajo zaporedne generacije zvezd – istega prahu, zaradi katerega je CEERS-93316 videti bolj rdeč.

"Moramo narediti podrobnejšo analizo lastnosti CEERS-93316, vendar se zdi, da je prašen," pravi Donnan. "Moramo preučiti njegovo zgodovino nastajanja zvezd, če želimo razumeti, kako je nastal."

Medtem so po besedah ​​Finkelsteina, ki je prav tako vključen v študijo NIRSpec, načrtovana nadaljnja opazovanja galaksij z zelo velikim rdečim premikom, kot je Maisijina galaksija.

Globlja spektroskopija

»Naslednji korak je vsekakor globlja spektroskopija, da natančno raziščemo, kaj povzroča, da je [Maisijina galaksija] tako modra,« pravi, pri čemer misli na barvo njenega okvirja. Vodilna teorija je, da so zgodnje galaksije, kot je Maisiena galaksija, imele večji delež svetlečih, modrih, masivnih zvezd v primerjavi z današnjimi galaksijami. Opazovanja z uporabo enega od 10-metrskih teleskopov Keck na Havajih že potekajo in Finkelstein upa, da bo v prihodnosti nadaljeval z JWST.

»Iskali bomo šibkejše značilnosti linij sevanja mirovanja in UV-žarkov, ki so diagnostika za stvari, vključno s prisotnostjo zelo masivnih zvezd in tudi, kako intenzivna je svetloba zvezd od zvezd, ki jih vidimo,« pravi Finkelstein.

Konec koncev so ugotovitve opomin, da je potrebna spektroskopska potrditev rdečih premikov galaksij in da bi morali, dokler takšne meritve niso opravljene, trditve o rekordnih fotometričnih rdečih premikih jemati previdno.

Raziskava je opisana v a predtisk vklopljen arXiv.

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• Kovanje prihodnosti z Adryenn Ashley. Dostopite tukaj.
• vir: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/