JWST เผยว่ามีออกซิเจนจำนวนมากในเอกภพยุคแรก – โลกฟิสิกส์

JWST เผยว่ามีออกซิเจนจำนวนมากในเอกภพยุคแรก – โลกฟิสิกส์

Time Stamp: 6 ธันวาคม 2023 11:59 น.

NIRSpec
ล้ำหน้า: NIRSpec พร้อมเปิดตัว JWST (เอื้อเฟื้อโดย: Astrium/NIRSpec)

ด้วยการใช้สเปกโตรกราฟล้ำสมัยบนกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ (JWST) นักดาราศาสตร์พบหลักฐานว่าออกซิเจนในดวงดาวนั้นมีอยู่อย่างอุดมสมบูรณ์ในกาแลคซีโบราณหลายแห่งมากกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ นำโดย คิมิฮิโกะ นากาจิมะ ที่หอดูดาวดาราศาสตร์แห่งชาติของญี่ปุ่น ทีมงานหวังว่าการสังเกตการณ์ของพวกเขาจะช่วยปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับจักรวาลยุคแรกเริ่มได้

บิ๊กแบงสร้างเอกภพในยุคแรกเริ่มที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและฮีเลียม พร้อมด้วยลิเธียมเพียงเล็กน้อย และสสารนี้รวมตัวกันเพื่อก่อตัวเป็นดาวฤกษ์และกาแล็กซีกลุ่มแรก ธาตุที่หนักกว่าเช่นออกซิเจนถูกสร้างขึ้นโดยนิวเคลียร์ฟิวชันในแกนกลางของดาวเหล่านี้ ในขณะที่ดวงดาวระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวา ธาตุหนักก็กระจัดกระจายไปทั่วกาแลคซีทั้งหมด และเปลี่ยนองค์ประกอบทางเคมีของจักรวาลไปตลอดกาล

“ความเป็นโลหะในเฟสก๊าซ” เป็นพารามิเตอร์เชิงสังเกตที่อธิบายความอุดมสมบูรณ์ของธาตุที่หนักกว่าเหล่านี้ในกาแลคซี (นักดาราศาสตร์ใช้คำว่าโลหะสำหรับธาตุทั้งหมดที่หนักกว่าฮีเลียม) คุณค่าของมันมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการทำความเข้าใจประวัติศาสตร์วิวัฒนาการของดาราจักร เช่นเดียวกับการทำนายว่าเมื่อใดที่โมเลกุลที่ซับซ้อนซึ่งเป็นองค์ประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิตอาจเริ่มปรากฏออกมา

มาตรวัดที่เชื่อถือได้

มาตรวัดที่เชื่อถือได้ของความเป็นโลหะในเฟสแก๊สของดาราจักรคือปริมาณออกซิเจนที่แตกตัวเป็นไอออนในตัวกลางระหว่างดวงดาว ความอุดมสมบูรณ์นี้สามารถกำหนดได้โดยการสังเกตลักษณะเฉพาะของแสงที่ปล่อยออกมาจากออกซิเจน อย่างไรก็ตาม วิธีการนี้มีข้อจำกัดในการสังเกตเอกภพในยุคแรกเริ่ม

“การสำรวจก่อนหน้านี้ได้เผยให้เห็นถึงการมีอยู่ของออกซิเจนในกาแลคซีประมาณสองพันล้านปีหลังจากบิ๊กแบง” นากาจิมะอธิบาย อย่างไรก็ตาม แสงจากกาแลคซีที่มีอยู่ในอดีตนั้นได้รับผลกระทบอย่างมากจากการขยายตัวของเอกภพ ทำให้มันเปลี่ยนไปสู่ช่วงอินฟราเรดใกล้”

ตอนนี้ นากาจิมะและเพื่อนร่วมงานได้สังเกตเห็นแสงเลื่อนสีแดงนี้โดยใช้ JWST ใกล้อินฟราเรดสเปกโตรกราฟ (NIRSpec) – และสิ่งนี้ทำให้พวกเขาค้นพบความก้าวหน้าในการตรวจวัดความเป็นโลหะในสถานะก๊าซของกาแลคซีโบราณ

การสังเกตที่ก้าวหน้า

“เราระบุกาแลคซีโบราณ 138 แห่งที่มีอยู่เมื่อ 12 พันล้านปีก่อน และพิจารณาปริมาณออกซิเจนของพวกมัน ซึ่งเป็นระดับการวิเคราะห์ที่แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยก่อนที่จะมีการเปิดตัว JWST” นากาจิมะกล่าวอย่างกระตือรือร้น “เราได้พัฒนาและใช้เทคนิคการวิเคราะห์ขั้นสูงกับข้อมูล NIRSpec อย่างจริงจัง โดยทำการวิเคราะห์ในระดับที่ใหญ่กว่าการศึกษาก่อนหน้านี้หลายเท่า”

ผลการวิจัยพบว่าในดาราจักรที่เก่าแก่ที่สุดเพียงไม่กี่แห่งที่ NIRSpec ตรวจพบ องค์ประกอบของตัวกลางระหว่างดาวเป็นที่คุ้นเคยอย่างน่าทึ่ง “กาแลคซีส่วนใหญ่มีปริมาณออกซิเจนคล้ายกับกาแลคซีสมัยใหม่” นากาจิมะกล่าว อย่างไรก็ตาม กาแลคซีที่เก่าแก่ที่สุด 500 แห่งที่มีอยู่เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 700-XNUMX ล้านปี มีออกซิเจนน้อยกว่ากาแลคซีสมัยใหม่มาก

ด้วยการค้นพบนี้ ทีมงานสามารถระบุได้ใกล้ยิ่งขึ้นเมื่อองค์ประกอบองค์ประกอบของจักรวาลเริ่มเปลี่ยนแปลง “ผลลัพธ์นี้แสดงให้เห็นถึงการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วและน่าทึ่งของปริมาณออกซิเจนในกาแลคซีในช่วง 500-700 ล้านปีแรกหลังการกำเนิดของจักรวาล” นากาจิมะกล่าว “การค้นพบนี้อาจชี้ให้เห็นว่า ด้วยส่วนผสมที่จำเป็น เช่น ออกซิเจนที่มีอยู่แล้วในเอกภพยุคแรกๆ ชีวิตอาจเกิดขึ้นเร็วกว่าที่คิดไว้ก่อนหน้านี้”

ทีมงานคาดการณ์ว่าการเปลี่ยนแปลงกะทันหันนี้อาจเกิดจากความแตกต่างในลักษณะของการก่อตัวดาวฤกษ์ในเอกภพยุคแรกเริ่ม เช่นเดียวกับสสารที่ไหลเข้าและออกจากกาแลคซีของมัน ด้วยการสังเกตการณ์เพิ่มเติมกับ NIRSpec รวมกับการคำนวณทางสถิติเชิงลึกมากขึ้น ตอนนี้พวกเขาตั้งเป้าที่จะสร้างทฤษฎีที่แข็งแกร่งมากขึ้นในงานในอนาคตของพวกเขา

การสังเกตมีอธิบายไว้ใน ชุดอาหารเสริมวารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์