Máy quang phổ JWST tinh chỉnh dịch chuyển đỏ của các thiên hà xa xôi

Thiết bị NIRSpec trên Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) đã tiết lộ rằng một thiên hà xa xôi trước đây được cho là có độ dịch chuyển đỏ kỷ lục 16.4 thực tế lại ở gần Trái đất hơn nhiều. Nghiên cứu cũng xác nhận rằng một số vật thể khác được JWST quan sát nằm trong số những thiên hà xa nhất từng được nhìn thấy.

Dịch chuyển đỏ vũ trụ là thước đo mức độ ánh sáng của thiên hà đã bị kéo dài đến bước sóng dài hơn, đỏ hơn do sự giãn nở của vũ trụ. Độ dịch chuyển đỏ càng cao thì ánh sáng từ một thiên hà phải dành nhiều thời gian hơn để di chuyển trong vũ trụ đang giãn nở. Điều này có nghĩa là chúng ta nhìn thấy các vật thể có độ lệch đỏ cao khi chúng xuất hiện cách đây rất lâu – và các vật thể đó ở rất xa.

Các nhà thiên văn học rất quan tâm đến việc nghiên cứu các thiên hà có độ dịch chuyển đỏ cao vì chúng mang lại cánh cửa nhìn vào vũ trụ sơ khai. Thật vậy, những quan sát gần đây ủng hộ một bức tranh mới nổi rằng các thiên hà trong vũ trụ sơ khai có khối lượng lớn hơn, phát triển hơn và sáng hơn so với dự đoán trước đây.

Một số thiên hà mờ

Vào mùa hè năm 2022, các cuộc khảo sát sâu đầu tiên của JWST về vũ trụ xa xôi đã phát hiện ra một số thiên hà mờ được ước tính là những thiên hà có độ dịch chuyển đỏ cao nhất từng thấy.

Một đối tượng được gọi Thiên hà của Maisie được phát hiện trong dữ liệu JWST bởi một nhóm do Steve Finkelstein của Đại học Texas ở Austin. Thiên hà ban đầu được cho là ở độ dịch chuyển đỏ 14.3, tức là nó chỉ cách 280 triệu năm sau Vụ nổ lớn. Một ứng cử viên khác, CEERS-93316, được tìm thấy bởi một nhóm dẫn đầu bởi Callum Donnan của Đại học Edinburgh, dường như ở độ dịch chuyển đỏ 16.4, tương đương với chỉ 250 triệu năm sau Vụ nổ lớn.

Để so sánh, thiên hà được xác nhận ở xa nhất được biết đến trước khi JWST phóng lên là Gn-z11, có độ dịch chuyển đỏ là 11.6.

Dịch chuyển đỏ đã sửa đổi

Những phép đo JWST ban đầu này được thực hiện bằng kỹ thuật trắc quang, đo độ đỏ tổng thể của một thiên hà. Mặc dù kỹ thuật này có thể được sử dụng trên các vật thể mờ, ở xa, nhưng nó có thể bị ảnh hưởng bởi sự hiện diện của bụi và không chính xác bằng việc đo sự dịch chuyển của từng vạch quang phổ. Giờ đây, một nhóm các nhà thiên văn học đã sử dụng Máy quang phổ cận hồng ngoại (NIRSpec) của JWST để quan sát các thiên hà và đã tinh chỉnh các ước tính dịch chuyển đỏ – với nhiều kết quả khác nhau.

“Thật không may, ứng cử viên dịch chuyển đỏ 16.4 [CEERS-93316] hóa ra lại có dịch chuyển đỏ thấp,” Donnan, thành viên của nhóm dẫn đầu, cho biết. Pablo Arrabal Haro của NOIRLab ở Arizona. Bởi vì dữ liệu NIRSpec ngay lập tức được công bố mà không có thời gian độc quyền dành cho các nhà khoa học đề xuất quan sát, nhóm của Haro phải viết bài báo của họ trong vòng chưa đầy ba ngày để tránh bị đánh bại.

Thay vì ở mức 16.4, CEERS-93316 được phát hiện là một thiên hà bụi bặm với độ dịch chuyển đỏ 4.9, nghĩa là chúng ta thấy nó như đã tồn tại cách đây 12.5 tỷ năm. Đội của Donnan trước đây đã nghĩ rằng họ có một trường hợp chắc chắn về sự dịch chuyển đỏ phá kỷ lục, đặc biệt khi thiên hà thể hiện sự phát xạ tia cực tím và xanh lam mạnh mẽ trong hệ quy chiếu nghỉ của nó (vì nó xuất hiện khi loại bỏ dịch chuyển đỏ).

Tuy nhiên, sự kết hợp của các vạch phát xạ rất mạnh cùng với thực tế là một trong những vạch đó, thuộc bước sóng hydro-alpha, ở vị trí mà ba bộ lọc của NIRSpec chồng lên nhau nên vạch phát xạ góp phần vào cả ba vạch, đã tạo ấn tượng sai lầm. rằng CEERS-93316 về bản chất là một thiên hà phát sáng với độ dịch chuyển đỏ cao hơn nhiều.

Thiên hà của Maisie

Có tin tốt hơn về mức độ dịch chuyển đỏ cho Thiên hà của Maisie, được tiết lộ là ở mức dịch chuyển đỏ là 11.4. Đây vẫn là độ dịch chuyển đỏ rất cao và cho thấy thiên hà không có bụi. Thiên hà này cũng có tốc độ hình thành sao tương đối cao và tổng khối lượng sao gấp 250 triệu lần khối lượng Mặt trời. Khối lượng này đã tăng lên trong khoảng thời gian 30–120 triệu năm trước thời điểm chúng ta nhìn thấy Thiên hà Maisie.

Tám thiên hà nữa hiện cũng đã được NIRSpec chứng minh là có độ dịch chuyển đỏ lớn hơn 10. Người giữ kỷ lục hiện tại là NGỌC-GS-z13-0, có độ dịch chuyển đỏ được xác nhận bằng quang phổ là 13.2 và chúng ta thấy nó tồn tại chỉ 350 triệu năm sau Vụ nổ lớn.

Donnan vẫn hy vọng rằng JWST sẽ có thể khám phá các thiên hà có độ lệch đỏ quang phổ lớn hơn 14. “Điều đó là có thể, đặc biệt là trong hình ảnh sâu hơn,” ông nói Thế giới vật lý.

Sản xuất bụi

Không phải một thiên hà được nghiên cứu kỹ lưỡng ở độ dịch chuyển đỏ 4.9 là điều đáng chú ý. Nghiên cứu các đặc tính của các thiên hà tồn tại khi vũ trụ mới hơn một tỷ năm tuổi là rất quan trọng để hiểu các thiên hà đã phát triển như thế nào trong quá trình hình thành sao của chúng. Điều này có thể suy ra từ lượng bụi mà các thế hệ sao kế tiếp tạo ra – chính loại bụi khiến CEERS-93316 có vẻ đỏ hơn.

Donnan nói: “Chúng tôi cần phân tích chi tiết hơn về các đặc tính của CEERS-93316, nhưng nó có vẻ bụi bặm”. “Chúng ta cần xem xét lịch sử hình thành sao của nó nếu muốn hiểu nó hình thành như thế nào.”

Trong khi đó, các quan sát tiếp theo được lên kế hoạch cho các thiên hà có độ dịch chuyển đỏ rất cao như Thiên hà Maisie, theo Finkelstein, người cũng tham gia vào nghiên cứu NIRSpec, cho biết.

Quang phổ sâu hơn

“Bước tiếp theo chắc chắn là quang phổ sâu hơn, để thăm dò chính xác nguyên nhân khiến [Thiên hà của Maisie] có màu xanh lam như vậy,” ông nói, đề cập đến màu khung còn lại của nó. Giả thuyết hàng đầu là các thiên hà sơ khai như Thiên hà Maisie có tỷ lệ các ngôi sao nặng, màu xanh, phát sáng cao hơn so với các thiên hà ngày nay. Các quan sát sử dụng một trong những kính viễn vọng 10 mét Keck ở Hawaii đã được tiến hành và Finkelstein hy vọng sẽ tiếp tục sử dụng JWST trong tương lai.

Finkelstein cho biết: “Chúng tôi sẽ tìm kiếm các đặc điểm của vạch phát xạ UV nghỉ yếu hơn, dùng để chẩn đoán những thứ bao gồm sự hiện diện của các ngôi sao rất lớn và cả cường độ ánh sáng sao từ các ngôi sao mà chúng ta nhìn thấy”.

Cuối cùng, những phát hiện này là một lời nhắc nhở về sự cần thiết phải xác nhận quang phổ của các dịch chuyển đỏ của thiên hà và cho đến khi các phép đo như vậy được thực hiện, chúng ta nên thận trọng khi tuyên bố về các dịch chuyển đỏ trắc quang phá kỷ lục.

Nghiên cứu được mô tả trong một in trước arXiv.

• Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Khuếch đại kiến ​​thức. Truy cập Tại đây.
• Đúc kết tương lai với Adryenn Ashley. Truy cập Tại đây.
• nguồn: https://physicsworld.com/a/jwst-spectrometer-refines-redshifts-of-distant-galaxies/