Pogled nazaj proti kozmični zori – astronomi potrjujejo najšibkejšo galaksijo, kar so jih kdaj videli

Vesolje, v katerem živimo, je prozorno, kjer svetloba zvezd in galaksij močno sveti na jasnem temnem ozadju. Vendar ni bilo vedno tako – v zgodnjih letih je bilo vesolje polno megle vodikovih atomov, ki je zakrivala svetlobo najzgodnejših zvezd in galaksij.

Intenzivna ultravijolična svetloba iz prvih generacij zvezd in galaksij naj bi zgorela skozi vodikovo meglo in spremenila vesolje v to, kar vidimo danes. Medtem ko prejšnje generacije teleskopov niso zmogle preučevati teh zgodnjih vesoljskih objektov, astronomi zdaj uporabljajo Vesoljski teleskop James Webbvrhunsko tehnologijo za preučevanje zvezd in galaksij, ki so nastale takoj po velikem poku.

Jaz sem astronom, ki proučuje najbolj oddaljene galaksije v vesolju z uporabo najboljših zemeljskih in vesoljskih teleskopov na svetu. Z uporabo novih opazovanj iz teleskopa Webb in pojava, imenovanega gravitacijske leče, je moja ekipa potrdil obstoj najšibkejše galaksije, ki je trenutno znana v zgodnjem vesolju. Galaksijo, imenovano JD1, vidimo takšno, kakršna je bila, ko je bilo vesolje staro samo 480 milijonov let ali 4 odstotke njegove sedanje starosti.

Kratka zgodovina zgodnjega vesolja

Prva milijarda let življenja vesolja je bila a odločilno obdobje v njegovem razvoju. V prvih trenutkih po velikem poku sta bili materija in svetloba povezani druga z drugo v vroči, gosti "juhi" temeljni delci.

Vendar delček sekunde po velikem poku, vesolje izjemno hitro širil. Ta širitev je sčasoma omogočila, da se je vesolje dovolj ohladilo, da sta se svetloba in snov ločili od svoje "juhe" in - približno 380,000 let pozneje - oblikovali atome vodika. Atomi vodika so bili videti kot medgalaktična megla in brez svetlobe zvezd in galaksij je bilo vesolje temno. To obdobje je znano kot kozmične temne dobe.

Prihod prvih generacij zvezd in galaksij nekaj sto milijonov let po velikem poku je vesolje oblil z izjemno vročo UV svetlobo, ki zažgal – ali ioniziral – vodikovo meglo. Ta proces prinesla pregledno, kompleksno in lepo vesolje, ki ga vidimo danes.

Astronomi, kot sem jaz, imenujejo prvo milijardo let vesolja – ko je ta vodikova megla izgorevala – epoha reionizacije. Da bi v celoti razumeli to časovno obdobje, proučujemo, kdaj so nastale prve zvezde in galaksije, kakšne so bile njihove glavne lastnosti in ali so bile sposobne proizvesti dovolj UV svetlobe, da bi pregorele ves vodik.

[Vgrajeni vsebina]

Iskanje šibkih galaksij v zgodnjem vesolju

Prvi korak k razumevanju obdobja reionizacije je iskanje in potrditev razdalj do galaksij, za katere astronomi menijo, da bi lahko bile odgovorne za ta proces. Ker svetloba potuje s končno hitrostjo, potrebuje čas, da prispe do naših teleskopov, zato astronomi videti predmete, kot so bili v preteklosti.

Na primer, svetloba iz središča naše galaksije, Rimske ceste, potrebuje približno 27,000 let, da doseže nas na Zemlji, zato jo vidimo tako, kot je bila 27,000 let v preteklosti. To pomeni, da moramo, če želimo videti nazaj do prvih trenutkov po velikem poku (vesolje je staro 13.8 milijarde let), iskati predmete na ekstremnih razdaljah.

Ker so galaksije, ki prebivajo v tem časovnem obdobju, tako daleč, so videti izjemno šibek in majhen našim teleskopom in oddajajo večino svoje svetlobe v infrardečem območju. To pomeni, da astronomi potrebujejo močne infrardeče teleskope, kot je Webb, da jih najdejo. Pred Webbom so bile tako rekoč vse oddaljene galaksije, ki so jih našli astronomi, izjemno svetle in velike preprosto zato, ker naši teleskopi niso bili dovolj občutljivi, da bi videli šibkejše, manjše galaksije.

Vendar pa je slednja populacija tista, ki je veliko številčnejša, reprezentativnejša in bo verjetno glavna gonilna sila procesa reionizacije, ne pa svetla. Torej, te šibke galaksije so tiste, ki jih morajo astronomi preučiti bolj podrobno. To je tako, kot da bi poskušali razumeti razvoj ljudi s proučevanjem celotne populacije in ne nekaj zelo visokih ljudi. S tem, ko nam omogoča, da vidimo šibke galaksije, Webb odpira novo okno v preučevanje zgodnjega vesolja.

Tipična zgodnja galaksija

JD1 je ena takih "tipičnih" šibkih galaksij. Bilo je odkril leta 2014 z vesoljskim teleskopom Hubble kot sumljiva oddaljena galaksija. Toda Hubble ni imel zmožnosti ali občutljivosti, da bi potrdil svojo razdaljo - lahko je le utemeljeno ugibal.

Majhen in šibek v bližini galaksije lahko včasih zamenjamo za oddaljene, zato morajo biti astronomi prepričani o njihovih razdaljah, preden lahko trdimo o njihovih lastnostih. Oddaljene galaksije torej ostajajo "kandidati", dokler niso potrjene. Webbov teleskop ima končno zmožnosti, da to potrdi, in JD1 je bila ena prvih Webbovih večjih potrditev izjemno oddaljene galaksije kandidata, ki jo je našel Hubble. Ta potrditev ga uvršča med najšibkejša galaksija v zgodnjem vesolju.

Za potrditev JD1 smo z mednarodno ekipo astronomov uporabili Webbov skoraj infrardeči spektrograf, NIRSpec, za pridobitev infrardečega spektra galaksije. Spekter nam je omogočil, da smo natančno določili oddaljenost od Zemlje in določili njeno starost, število mladih zvezd, ki jih je oblikovala, ter količino prahu in težkih elementov, ki jih je proizvedla.

Gravitacijska leča, povečevalno steklo narave

Tudi za Webba bi bilo JD1 nemogoče videti brez pomoči narave. JD1 se nahaja za veliko jato bližnjih galaksij, imenovano Abell 2744, katerega skupna gravitacijska moč upogiba in ojača svetlobo iz JD1. Zaradi tega učinka, znanega kot gravitacijska leča, je JD1 videti večji in 13-krat svetlejši, kot bi bil običajno.

[Vgrajeni vsebina]

Brez gravitacijske leče astronomi ne bi videli JD1, niti z Webbom. Kombinacija gravitacijske povečave JD1 in novih slik iz drugega Webbovega skoraj infrardečega instrumenta, NIRCam, je naši ekipi omogočil preučevanje strukture galaksije v podrobnostih in ločljivosti brez primere.

Ne samo, da to pomeni, da lahko kot astronomi preučujemo notranja področja zgodnjih galaksij, pomeni tudi, da lahko začnemo ugotavljati, ali so bile takšne zgodnje galaksije majhni, kompaktni in izolirani viri ali pa so se združevale in sodelovale z bližnjimi galaksijami. S proučevanjem teh galaksij se vračamo nazaj do gradnikov, ki so oblikovali vesolje in ustvarili naš vesoljski dom.

Ta članek je ponovno objavljen Pogovor pod licenco Creative Commons. Preberi Originalni članek.

Kreditno slike: NASA/STScI

• Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
• PlatoESG. Avtomobili/EV, Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
• PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
• ChartPrime. Izboljšajte svojo igro trgovanja s ChartPrime. Dostopite tukaj.
• BlockOffsets. Posodobitev okoljskega offset lastništva. Dostopite tukaj.
• vir: https://singularityhub.com/2023/08/13/looking-back-toward-cosmic-dawn-astronomers-confirm-the-faintest-galaxy-ever-seen/