JWST สเปกโตรมิเตอร์ปรับแต่ง redshifts ของกาแลคซีไกลโพ้น

JWST สเปกโตรมิเตอร์ปรับแต่ง redshifts ของกาแลคซีไกลโพ้น

ประทับเวลา: 18 เมษายน 2023 6:57 น

NIRSpec
ก่อนขึ้นเครื่อง เครื่องมือ NIRSpec ได้รับการทดสอบภาคพื้นดินก่อนการเปิดตัว JWST (เอื้อเฟื้อ: NASA/Chris Gunn)

เครื่องมือ NIRSpec บนกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เว็บบ์ (JWST) ได้เปิดเผยว่ากาแลคซีที่อยู่ไกลออกไป ซึ่งก่อนหน้านี้เคยคิดว่ามีค่าเรดชิฟต์สูงเป็นประวัติการณ์ที่ 16.4 นั้นแท้จริงแล้วอยู่ใกล้โลกมาก การศึกษายังยืนยันด้วยว่าวัตถุอื่นๆ ที่สำรวจโดย JWST เป็นหนึ่งในกาแลคซีที่อยู่ไกลที่สุดเท่าที่เคยเห็นมา

เรดชิฟต์ทางจักรวาลวิทยาเป็นการวัดว่าแสงของกาแล็กซีถูกขยายให้มีความยาวคลื่นที่ยาวขึ้นและแดงขึ้นมากเพียงใดจากการขยายตัวของเอกภพ ยิ่งค่าเรดชิฟต์สูงเท่าใด แสงจากกาแล็กซีก็ยิ่งต้องใช้เวลาในการเคลื่อนที่ผ่านจักรวาลที่กำลังขยายตัวมากขึ้นเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าเราเห็นวัตถุที่มีการเลื่อนสีแดงสูงเมื่อมันปรากฏขึ้นเมื่อนานมาแล้ว – และวัตถุนั้นอยู่ไกลออกไปมาก

นักดาราศาสตร์กระตือรือร้นที่จะศึกษากาแลคซีแบบเรดชิฟต์สูง เพราะพวกมันเปิดหน้าต่างสู่เอกภพในยุคแรกเริ่ม แท้จริงแล้ว การสังเกตการณ์ล่าสุดสนับสนุนภาพที่เกิดขึ้นใหม่ว่ากาแล็กซีในเอกภพยุคแรกมีมวลมากกว่า พัฒนามากกว่า และส่องสว่างกว่าที่คาดการณ์ไว้ก่อนหน้านี้

กาแลคซีจางๆ หลายแห่ง

ในฤดูร้อนปี 2022 การสำรวจเชิงลึกครั้งแรกของ JWST เกี่ยวกับเอกภพอันไกลโพ้นทำให้พบกาแลคซีจางๆ หลายแห่ง ซึ่งคาดว่าจะเป็นกาแลคซีแบบ Redshift ที่สูงที่สุดเท่าที่เคยเห็นมา

กรรมอย่างหนึ่งก็เรียก กาแล็กซีของไมซี ที่ถูกค้นพบในข้อมูล JWST โดยทีมงานที่นำโดย สตีฟ ฟิงเกลสไตน์ ของมหาวิทยาลัยเทกซัสออสติน ตอนแรกคิดว่ากาแล็กซีอยู่ที่เรดชิฟต์ 14.3 ซึ่งจะวางไว้เพียง 280 ล้านปีหลังจากบิกแบง ผู้สมัครอีกคน CEERS-93316,พบโดยนำทีมโดย คัลลัม ดอนแนน ของมหาวิทยาลัยเอดินบะระ ดูเหมือนจะมีค่าเรดชิฟท์ที่ 16.4 ซึ่งเท่ากับเพียง 250 ล้านปีหลังจากบิกแบง

สำหรับการเปรียบเทียบ กาแล็กซีที่ได้รับการยืนยันที่อยู่ไกลที่สุดที่รู้จักก่อนการเปิดตัว JWST คือ Gn-z11 ซึ่งมีเรดชิฟต์ที่ 11.6

แก้ไข Redshifts

การวัด JWST ในช่วงแรกนี้ทำขึ้นโดยใช้เทคนิคโฟโตเมตริก ซึ่งวัดความแดงโดยรวมของดาราจักร แม้ว่าเทคนิคนี้จะใช้กับวัตถุที่อยู่ห่างไกลจางๆ ได้ แต่ก็สามารถได้รับผลกระทบจากการมีอยู่ของฝุ่นได้ และไม่แม่นยำเท่ากับการวัดการเลื่อนของเส้นสเปกตรัมแต่ละเส้น ขณะนี้ ทีมนักดาราศาสตร์ได้ใช้ Near-Infrared Spectrometer (NIRSpec) ของ JWST เพื่อสังเกตกาแลคซีและปรับปรุงการประมาณค่าเรดชิฟต์ด้วยผลลัพธ์ที่หลากหลาย

“น่าเสียดายที่ผู้สมัคร redshift 16.4 [CEERS-93316] กลายเป็น redshift ต่ำ” Donnan ซึ่งเป็นสมาชิกของทีมที่นำโดย ปาโบล อาร์ราบัล ฮาโร ของ NOIRLab ในแอริโซนา เนื่องจากข้อมูลของ NIRSpec ถูกเปิดเผยต่อสาธารณะทันทีโดยไม่มีเวลาที่เป็นกรรมสิทธิ์สำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่เสนอข้อสังเกต ทีมของ Haro จึงต้องเขียนรายงานของพวกเขาภายในเวลาน้อยกว่าสามวันเพื่อหลีกเลี่ยงการถูกชกต่อย

แทนที่จะอยู่ที่ 16.4 CEERS-93316 ถูกพบว่าเป็นกาแลคซีฝุ่นที่ค่าเรดชิฟต์ 4.9 ซึ่งหมายความว่าเราเห็นมันเมื่อ 12.5 พันล้านปีก่อน ก่อนหน้านี้ ทีมของ Donnan คิดว่าพวกเขามีกรณีที่แข็งแกร่งสำหรับ Redshift ที่ทำลายสถิติ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อกาแลคซีแสดงการปล่อยรังสีอัลตราไวโอเลตและรังสีอัลตราไวโอเลตที่รุนแรงในส่วนที่เหลือ

อย่างไรก็ตาม การรวมกันของเส้นการปล่อยมลพิษที่แรงมากประกอบกับข้อเท็จจริงที่ว่าหนึ่งในเส้นเหล่านั้น ซึ่งเป็นของความยาวคลื่นไฮโดรเจน-อัลฟ่า อยู่ในตำแหน่งที่ตัวกรองของ NIRSpec สามตัวซ้อนทับกัน ทำให้เส้นการปล่อยก๊าซมีส่วนทำให้เกิดทั้งสาม ทำให้เกิดความรู้สึกผิดพลาด ว่า CEERS-93316 เป็นกาแล็กซีที่ส่องสว่างในตัวด้วยค่าเรดชิฟต์ที่สูงกว่ามาก

กาแล็กซีของไมซี

มีข่าวที่ดีกว่าใน Redshift Stake สำหรับ Maisie's Galaxy ซึ่งได้รับการเปิดเผยว่าอยู่ที่ Redshift 11.4 นี่ยังคงเป็นการเลื่อนสีแดงที่สูงมาก และบ่งชี้ถึงกาแล็กซีที่ปราศจากฝุ่น กาแล็กซียังมีอัตราการก่อตัวดาวฤกษ์ที่ค่อนข้างสูงและมีมวลดาวฤกษ์รวม 250 ล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ มวลนี้เติบโตขึ้นในช่วงเวลา 30–120 ล้านปีก่อนเวลาที่เราเห็นกาแล็กซีของไมซี

ขณะนี้ NIRSpec ยังแสดงกาแลคซีอีกแปดแห่งที่มีการเลื่อนสีแดงมากกว่า 10 อีกด้วย เจ้าของสถิติปัจจุบันคือ หยก-GS-z13-0ซึ่งมีเรดชิฟต์ที่ได้รับการยืนยันทางสเปกโตรสโคปิกที่ 13.2 และเราเห็นว่ามันมีอยู่จริงหลังจากบิกแบงเพียง 350 ล้านปี

Donnan ยังคงหวังว่า JWST จะสามารถค้นพบกาแลคซีที่มีสเปกโตรสโกปีเรดชิฟต์มากกว่า 14 ได้ "เป็นไปได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการถ่ายภาพเชิงลึก" เขาบอก โลกฟิสิกส์.

การผลิตฝุ่น

ไม่ใช่ว่ากาแลคซีที่ได้รับการศึกษาอย่างดีที่เรดชิฟต์ที่ 4.9 นั้นเป็นสิ่งที่ต้องดมกลิ่น การศึกษาคุณสมบัติของกาแล็กซีที่มีอยู่เมื่อเอกภพมีอายุเพียงหนึ่งพันล้านปีเป็นสิ่งสำคัญในการทำความเข้าใจว่ากาแลคซีมีการพัฒนาอย่างไรในแง่ของการก่อตัวดาวฤกษ์ สิ่งนี้อนุมานได้จากปริมาณฝุ่นที่ดาวรุ่นต่อๆ มาผลิตขึ้น ซึ่งเป็นฝุ่นแบบเดียวกับที่ทำให้ CEERS-93316 มีสีแดงมากขึ้น

“เราจำเป็นต้องวิเคราะห์คุณสมบัติของ CEERS-93316 ให้ละเอียดมากขึ้น แต่ดูเหมือนว่าจะมีฝุ่นมาก” Donnan กล่าว “เราต้องตรวจสอบประวัติการก่อตัวดาวของมัน หากเราต้องการเข้าใจว่ามันเกิดขึ้นมาได้อย่างไร”

ในขณะเดียวกัน มีการวางแผนการสังเกตการณ์เพิ่มเติมสำหรับกาแลคซีเรดชิฟต์ที่สูงมาก เช่น กาแล็กซีของไมซี ตามข้อมูลของ Finkelstein ซึ่งเกี่ยวข้องกับการศึกษาของ NIRSpec

สเปกโทรสโกปีลึก

“ขั้นตอนต่อไปคือสเปกโทรสโกปีที่ลึกขึ้นอย่างแน่นอน เพื่อตรวจสอบว่าอะไรเป็นสาเหตุที่ทำให้ [Maisie's Galaxy] เป็นสีน้ำเงินมาก” เขากล่าวโดยอ้างถึงสีส่วนที่เหลือของเฟรม ทฤษฎีชั้นนำคือกาแล็กซีในยุคแรกๆ เช่น กาแล็กซีของไมซีมีสัดส่วนของดาวฤกษ์มวลมากสีน้ำเงินที่ส่องสว่างได้สูงกว่าเมื่อเทียบกับกาแล็กซีในปัจจุบัน การสังเกตการณ์โดยใช้หนึ่งในกล้องโทรทรรศน์ Keck 10 เมตรในฮาวายกำลังดำเนินการอยู่ และ Finkelstein หวังว่าจะติดตามผลกับ JWST ในอนาคต

Finkelstein กล่าวว่า "เราจะมองหาคุณลักษณะของเส้นการปล่อยรังสี UV ส่วนที่เหลือที่อ่อนแอกว่า ซึ่งเป็นการวินิจฉัยสิ่งต่างๆ รวมถึงการมีอยู่ของดาวฤกษ์มวลมาก และความเข้มของแสงดาวจากดาวฤกษ์ที่เรามองเห็น" Finkelstein กล่าว

ท้ายที่สุดแล้ว การค้นพบนี้เป็นเครื่องเตือนใจถึงความจำเป็นในการยืนยันทางสเปกโทรสโกปีของกาแล็กซีเรดชิฟต์ และว่าจนกว่าจะมีการวัดดังกล่าว เราควรจะอ้างสิทธิ์โฟโตเมตริกเรดชิฟต์ที่ทำลายสถิติด้วยความระมัดระวัง

การวิจัยอธิบายไว้ในก พิมพ์บน arXiv.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์