JWST 光谱仪改进了遥远星系的红移

JWST 光谱仪改进了遥远星系的红移

时间戳记：18年2023月6日上午57:XNUMX

近红外光谱
起飞前 在 JWST 发射前，NIRSpec 仪器正在地面上进行测试。（由 NASA/Chris Gunn 提供）

詹姆斯·韦伯太空望远镜 (JWST) 上的 NIRSpec 仪器揭示了一个遥远的星系，该星系以前被认为处于破纪录的 16.4 红移，实际上离地球更近了。 该研究还证实，JWST 观测到的其他一些天体属于有史以来最遥远的星系。

宇宙红移是衡量星系的光因宇宙膨胀而被拉伸到更长、更红的波长的量度。 红移越高，来自星系的光在不断膨胀的宇宙中移动所花费的时间就越多。 这意味着我们看到了很久以前出现的高红移物体——而且这些物体距离很远。

天文学家非常热衷于研究高红移星系，因为它们提供了了解早期宇宙的窗口。 事实上，最近的观测支持了一个新的图景，即早期宇宙中的星系比之前预测的更大、更发达、更明亮。

几个微弱的星系

2022 年夏天，JWST 对遥远宇宙的首次深度调查发现了几个暗淡的星系，据估计它们是有史以来红移最高的星系。

一个对象被称为 梅西的银河 这是由 领导的团队在 JWST 数据中发现的 史蒂夫·芬克尔斯坦 德克萨斯大学奥斯汀分校。 该星系最初被认为处于红移 14.3，这意味着它距大爆炸仅 280 亿年。 另一位候选人， CEERS-93316, 由领导的团队发现 卡勒姆唐南 爱丁堡大学的红移似乎为 16.4，相当于大爆炸后仅 250 亿年。

相比之下，在 JWST 发射之前已知的最遥远的已确认星系是 Gn-z11，它的红移为 11.6。

修正红移

这些早期的 JWST 测量是使用光度技术进行的，该技术可以测量星系的整体红度。 虽然这种技术可用于微弱、遥远的物体，但它可能会受到灰尘的影响，并且不如测量单个光谱线的偏移那样准确。 现在，一组天文学家使用 JWST 的近红外光谱仪 (NIRSpec) 来观察星系并改进了红移估计——结果喜忧参半。

“不幸的是，红移 16.4 候选 [CEERS-93316] 结果是低红移，”Donnan 说，他是 巴勃罗·阿拉巴尔·哈罗 亚利桑那州的 NOIRLab。 由于 NIRSpec 数据立即公之于众，提出观测结果的科学家没有专有时间，因此 Haro 的团队不得不在不到三天的时间内完成论文，以免被抢先一步。

CEERS-16.4 不是 93316，而是被发现是一个红移 4.9 的尘埃星系，这意味着我们看到它存在于 12.5 亿年前。 Donnan 的团队此前认为他们有充分的理由证明红移破纪录，特别是当该星系在其静止坐标系中显示出强烈的蓝色和紫外线发射时（就像它在去除红移后出现的那样）。

然而，非常强的发射线的组合，加上其中一条具有氢-α波长的线，处于 NIRSpec 的三个滤光片重叠的位置，因此发射线对所有三个都有贡献，错误地给人留下了印象CEERS-93316 是一个红移更高的本征发光星系。

梅西的银河

梅西银河的红移权益有更好的消息，据透露其红移为 11.4。 这仍然是一个非常高的红移，表明星系是无尘的。 该星系的恒星形成率也相对较高，恒星总质量是太阳质量的 250 亿倍。 在我们看到梅西银河之前，这个质量已经增长了 30-120 亿年。

NIRSpec 现在还显示另外八个星系的红移大于 10。目前的记录保持者是 翡翠-GS-z13-0，它的光谱确认红移为 13.2，我们认为它存在于大爆炸后仅 350 亿年。

Donnan 仍然希望 JWST 能够发现光谱红移大于 14 的星系。“这是可能的，尤其是在更深层次的成像中，”他说 物理世界.

产尘量

并不是说一个经过充分研究的红移 4.9 的星系有什么值得嗤之以鼻的。 研究宇宙刚刚超过 93316 亿岁时存在的星系的特性，对于了解星系在恒星形成方面的发展过程至关重要。 这可以从连续几代恒星产生的尘埃量中推断出来——正是这些尘埃导致 CEERS-XNUMX 看起来更红。

“我们需要对 CEERS-93316 的特性进行更详细的分析，但它似乎尘土飞扬，”Donnan 说。 “如果我们想了解它是如何形成的，我们需要研究它的恒星形成历史。”

同时，芬克尔斯坦也参与了 NIRSpec 研究，他计划对红移极高的星系（例如梅西星系）进行进一步观测。

更深层次的光谱学

“下一步肯定是更深入的光谱学，以探索究竟是什么导致 [Maisie's Galaxy] 如此蓝色，”他说，指的是它的静止框架颜色。 主流理论认为，与今天的星系相比，早期星系（例如梅西星系）中发光的蓝色大质量恒星的比例更高。 使用夏威夷凯克 10 米望远镜之一进行的观测已经在进行中，芬克尔斯坦希望在未来跟进 JWST。

Finkelstein 说：“我们将寻找较弱的静止紫外线发射线特征，这些特征可以诊断包括非常大质量恒星的存在以及我们所看到的恒星发出的星光有多强。”

最终，这些发现提醒我们需要对星系红移进行光谱确认，并且在进行此类测量之前，我们应该谨慎对待破纪录的光度红移。

该研究描述在 预印于 arXiv.

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