Озираючись назад до космічного світанку. Астрономи підтверджують найслабшу галактику з усіх, які коли-небудь бачили

Озираючись назад до космічного світанку. Астрономи підтверджують найслабшу галактику з усіх, які коли-небудь бачили

Мітка часу: 13 серпня 2023 р., 10:00

Всесвіт, у якому ми живемо, є прозорим, де світло зірок і галактик яскраво сяє на чистому темному тлі. Але це було не завжди так — у перші роки Всесвіт був наповнений туманом атомів водню, який затуляв світло від найдавніших зірок і галактик.

Вважається, що інтенсивне ультрафіолетове світло від перших поколінь зірок і галактик прогоріло крізь водневий туман, перетворивши Всесвіт на те, що ми бачимо сьогодні. Хоча попередні покоління телескопів не мали можливості вивчати ці ранні космічні об’єкти, астрономи зараз використовують Джеймс Вебб космічний телескопнайкраща технологія для вивчення зірок і галактик, які утворилися одразу після Великого вибуху.

Я астроном, який вивчає найдальші галактики у Всесвіті за допомогою найкращих у світі наземних і космічних телескопів. Використовуючи нові спостереження телескопа Вебба та явище під назвою гравітаційне лінзування, моя команда підтвердив існування найслабшої галактики, відомої на даний момент у ранньому Всесвіті. Галактика під назвою JD1 виглядає такою, якою вона була, коли Всесвіту було лише 480 мільйонів років, або 4 відсотки його нинішнього віку.

Коротка історія раннього Всесвіту

Перші мільярди років життя Всесвіту були а вирішальний період у його розвитку. У перші миті після Великого вибуху матерія і світло були пов’язані одне з одним у гарячому, густому «супі» фундаментальні частинки.

Однак через частки секунди після Великого вибуху Всесвіт розширювався надзвичайно швидко. Це розширення врешті-решт дозволило Всесвіту охолонути настільки, щоб світло та матерія виділилися зі свого «супу» і — приблизно через 380,000 XNUMX років — утворили атоми водню. Атоми водню виглядали як міжгалактичний туман, і без світла від зірок і галактик Всесвіт був темним. Цей період відомий як космічні темні віки.

Поява перших поколінь зірок і галактик через кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху наповнила Всесвіт надзвичайно гарячим ультрафіолетовим світлом, яке спалив або іонізував водневий туман. Цей процес дали прозорий, складний і прекрасний всесвіт, який ми бачимо сьогодні.

Астрономи, як я, називають перший мільярд років Всесвіту, коли цей водневий туман згоряв, епоха реіонізації. Щоб повністю зрозуміти цей період часу, ми вивчаємо, коли утворилися перші зірки та галактики, якими були їхні основні властивості та чи були вони здатні виробляти достатньо ультрафіолетового світла, щоб спалити весь водень.

[Вбудоване вміст]

Пошуки слабких галактик у ранньому Всесвіті

Першим кроком до розуміння епохи реіонізації є пошук і підтвердження відстаней до галактик, які, на думку астрономів, можуть бути відповідальними за цей процес. Оскільки світло поширюється зі скінченною швидкістю, астрономам потрібен час, щоб досягти наших телескопів бачити предмети такими, якими вони були в минулому.

Наприклад, світлу від центру нашої галактики, Чумацького Шляху, потрібно приблизно 27,000 27,000 років, щоб досягти нас на Землі, тому ми бачимо його таким, яким він був 13.8 XNUMX років тому. Це означає, що якщо ми хочемо побачити найперші миті після Великого вибуху (Всесвіту XNUMX мільярдів років), ми повинні шукати об’єкти на екстремальних відстанях.

Оскільки галактики, що живуть у цей період часу, знаходяться дуже далеко, вони виглядають надзвичайно слабкий і маленький до наших телескопів і випромінюють більшу частину свого світла в інфрачервоному діапазоні. Це означає, що астрономам потрібні потужні інфрачервоні телескопи, такі як Webb, щоб знайти їх. До Вебба практично всі далекі галактики, знайдені астрономами, були надзвичайно яскравими та великими просто тому, що наші телескопи були недостатньо чутливими, щоб побачити тьмяніші, менші галактики.

Однак остання популяція є набагато чисельнішою, репрезентативнішою та, ймовірно, є основними рушійними силами процесу реіонізації, а не яскравими. Отже, ці слабкі галактики астрономам потрібно вивчити більш детально. Це все одно, що намагатися зрозуміти еволюцію людей, вивчаючи цілі популяції, а не кількох дуже високих людей. Дозволяючи нам бачити слабкі галактики, Вебб відкриває нове вікно у вивченні раннього Всесвіту.

Типова рання галактика

JD1 є однією з таких «типових» слабких галактик. Це було відкритий у 2014 році за допомогою космічного телескопа Хаббл як підозрювану далеку галактику. Але Хаббл не мав можливостей або чутливості, щоб підтвердити свою відстань — він міг зробити лише обґрунтоване припущення.

Маленький і слабкий поруч галактики іноді можна помилково вважати далекими, тому астрономи повинні бути впевнені щодо їхніх відстаней, перш ніж ми зможемо стверджувати про їхні властивості. Тому далекі галактики залишаються «кандидатами», поки вони не будуть підтверджені. У телескопа Вебба нарешті є можливості підтвердити це, і JD1 був одним із перших серйозних підтверджень Вебба щодо надзвичайно далекої галактики-кандидата, знайденого Хабблом. Це підтвердження класифікує його як найслабша галактика, яку ще бачили в ранньому Всесвіті.

Щоб підтвердити JD1, ми з міжнародною командою астрономів використали ближній інфрачервоний спектрограф Вебба, NIRSpec, щоб отримати інфрачервоний спектр галактики. Спектр дозволив нам точно визначити відстань до Землі та визначити її вік, кількість молодих зірок, які вона утворила, а також кількість пилу та важких елементів, які вона виробила.

Яскраві вогні (галактики та кілька зірок) на темному тлі неба. Одна тьмяна галактика показана у збільшеному прямокутнику як тьмяна пляма.
Небо, повне галактик і кількох зірок. JD1, зображена у збільшеному полі, є найслабшою галактикою, знайденою в ранньому Всесвіті. Авторство зображення: Guido Roberts-Borsani/UCLA; оригінальні зображення: NASA, ESA, CSA, Технологічний університет Суїнберна, Піттсбурзький університет, STScI.

Гравітаційна лінза, збільшувальне скло природи

Навіть для Вебба JD1 було б неможливо побачити без допомоги природи. JD1 розташована за великим скупченням сусідніх галактик, які називаються Абель 2744, сукупна гравітаційна сила якого згинає та посилює світло від JD1. Цей ефект, відомий як гравітаційне лінзування, робить JD1 більшим і в 13 разів яскравішим, ніж зазвичай.

[Вбудоване вміст]

Без гравітаційного лінзування астрономи не побачили б JD1, навіть із Веббом. Поєднання гравітаційного збільшення JD1 і нових зображень з іншого інструменту ближнього інфрачервоного діапазону Вебба, NIRCam, дозволив нашій команді вивчити структуру галактики з безпрецедентною детальністю та роздільною здатністю.

Це не тільки означає, що ми як астрономи можемо вивчати внутрішні області ранніх галактик, це також означає, що ми можемо почати визначати, чи були такі ранні галактики малими, компактними та ізольованими джерелами, чи вони зливалися та взаємодіяли з сусідніми галактиками. Вивчаючи ці галактики, ми повертаємося до будівельних блоків, які сформували Всесвіт і дали початок нашому космічному дому.Бесіда

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.

Зображення Фото: NASA/STScI

Часова мітка:

Більше від Хаб сингулярності