Спектрометр JWST уточнює червоні зміщення далеких галактик

Прилад NIRSpec на космічному телескопі Джеймса Вебба (JWST) показав, що далека галактика, яка раніше вважалася з рекордним червоним зміщенням 16.4, насправді знаходиться набагато ближче до Землі. Дослідження також підтвердило, що деякі інші об’єкти, які спостерігає JWST, є одними з найдальших галактик, які коли-небудь бачили.

Космологічне червоне зміщення — це міра того, наскільки світло галактики розтягнулося до більш червоних довжин хвиль унаслідок розширення Всесвіту. Чим вищий червоний зсув, тим більше часу повинно було витратити світло від галактики на переміщення через космос, що розширюється. Це означає, що ми бачимо об’єкти з високим червоним зміщенням такими, якими вони з’явилися дуже давно – і що об’єкти знаходяться дуже далеко.

Астрономи дуже зацікавлені у вивченні галактик із високим червоним зміщенням, оскільки вони відкривають вікно в ранній Всесвіт. Дійсно, нещодавні спостереження підтверджують висновок про те, що галактики в ранньому Всесвіті були більш масивними, більш розвиненими та яскравішими, ніж передбачалося раніше.

Кілька тьмяних галактик

Влітку 2022 року перші глибокі дослідження далекого Всесвіту JWST виявили кілька слабких галактик, які, за оцінками, були галактиками з найвищим червоним зсувом, які коли-небудь бачили.

Називається один предмет Галактика Мейсі що було виявлено в даних JWST командою під керівництвом Стів Фінкельштейн Техаського університету в Остіні. Спочатку вважалося, що галактика має червоне зміщення 14.3, тобто через 280 мільйонів років після Великого вибуху. Інший кандидат, CEERS-93316, знайдений групою під керівництвом Каллум Доннан Единбурзького університету, виявилося, що червоний зсув становить 16.4, що дорівнює лише 250 мільйонам років після Великого вибуху.

Для порівняння, найвіддаленішою підтвердженою галактикою, відомою до запуску JWST, була Gn-z11, яка має червоне зміщення 11.6.

Переглянуті червоні зсуви

Ці перші вимірювання JWST були зроблені за допомогою фотометричної техніки, яка вимірює загальний червоний колір галактики. Хоча цю техніку можна використовувати на слабких, віддалених об’єктах, на неї може впливати наявність пилу, і вона не така точна, як вимірювання зсувів окремих спектральних ліній. Тепер команда астрономів використала спектрометр ближнього інфрачервоного діапазону JWST (NIRSpec) для спостереження за галактиками та уточнила оцінки червоного зміщення – зі змішаними результатами.

«На жаль, кандидат на червоне зміщення 16.4 [CEERS-93316] виявився малим червоним зміщенням», — говорить Доннан, який є членом команди під керівництвом Пабло Аррабаль Аро NOIRLab в Арізоні. Оскільки дані NIRSpec були негайно оприлюднені без власного часу для вчених, які запропонували спостереження, команді Харо довелося написати свою статтю менш ніж за три дні, щоб уникнути поразки.

Замість 16.4, CEERS-93316 виявилася пиловою галактикою з червоним зміщенням 4.9, тобто ми бачимо її такою, якою вона існувала 12.5 мільярдів років тому. Раніше команда Доннана вважала, що у них є вагомі аргументи на користь рекордного червоного зміщення, особливо тому, що галактика демонструє сильне синє та ультрафіолетове випромінювання в кадрі спокою (як це виглядає без червоного зміщення).

Однак комбінація дуже сильних ліній випромінювання в поєднанні з тим фактом, що одна з цих ліній, з довжиною хвилі водню альфа, була в положенні, де три фільтри NIRSpec перекриваються, так що лінія випромінювання вносить вклад у всі три, помилково створювало враження, що що CEERS-93316 була яскравою галактикою зі значно більшим червоним зміщенням.

Галактика Мейсі

Були кращі новини щодо ставок червоного зсуву для Галактики Мейзі, яка, як виявилося, має червоне зміщення 11.4. Це все ще дуже високий червоний зсув і вказує на галактику, яка вільна від пилу. Галактика також має відносно високу швидкість утворення зірок і загальну масу зірок у 250 мільйонів разів перевищує масу Сонця. Ця маса зростала протягом 30–120 мільйонів років до того часу, як ми побачимо Галактику Мейсі.

NIRSpec показало, що ще вісім галактик мають червоне зміщення більше 10. Поточний рекордсмен — JADES-GS-z13-0, який має спектроскопічно підтверджене червоне зміщення 13.2 і який, як ми бачимо, існував лише через 350 мільйонів років після Великого вибуху.

Доннан все ще сподівається, що JWST зможе виявити галактики зі спектроскопічними червоними зміщеннями більше 14. «Це можливо, особливо при більш глибоких зображеннях», — каже він. Світ фізики.

Утворення пилу

Не те, що добре вивчена галактика з червоним зміщенням 4.9 є чимось, до чого варто нюхати. Вивчення властивостей галактик, які існували, коли Всесвіту було трохи більше мільярда років, має вирішальне значення для розуміння того, як розвивалися галактики з точки зору їхнього зореутворення. Це можна зробити на підставі кількості пилу, який виробляють наступні покоління зірок – того самого пилу, через який CEERS-93316 виглядає червонішим.

«Нам потрібно провести більш детальний аналіз властивостей CEERS-93316, але, здається, він запилений», — говорить Доннан. «Нам потрібно вивчити історію його зореутворення, якщо ми хочемо зрозуміти, як воно виникло».

Тим часом, за словами Фінкельштейна, який також бере участь у дослідженні NIRSpec, плануються подальші спостереження для галактик із дуже високим червоним зміщенням, таких як Галактика Мейзі.

Більш глибока спектроскопія

«Наступним кроком є, безумовно, глибша спектроскопія, щоб точно дослідити, чому [Галактика Мейсі] така блакитна», — каже він, маючи на увазі колір решти кадру. Провідна теорія полягає в тому, що ранні галактики, такі як галактика Мейсі, мали більшу частку сяючих блакитних масивних зірок порівняно з галактиками сьогодні. Спостереження за допомогою одного з 10-метрових телескопів Кека на Гаваях вже тривають, і Фінкельштейн сподівається продовжити роботу з JWST у майбутньому.

«Ми будемо шукати слабші характеристики ліній випромінювання спокою та ультрафіолетового випромінювання, які є діагностикою таких речей, як наявність дуже масивних зірок, а також те, наскільки інтенсивним є зіркове світло від зірок, які ми бачимо», — говорить Фінкельштейн.

Зрештою, ці знахідки є нагадуванням про необхідність спектроскопічного підтвердження червоних зміщень галактик і про те, що до тих пір, поки такі вимірювання не будуть зроблені, ми повинні з обережністю ставитися до заяв про рекордні фотометричні червоні зміщення.

Дослідження описано в а попередній друк на ArXiv.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• Платоблокчейн. Web3 Metaverse Intelligence. Розширені знання. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/