Спектрален анализ на светеща галактика JADES-GS-z14-0, базиран на наблюдения, направени през януари 2024 г., разкри червено отместване от 14.32, което я прави най-отдалечената известна галактика (предишната известна най-отдалечена галактика беше JADES-GS-z13-0 при червеното отместване от z = 13.2). Той се е формирал в ранната вселена около 290 милиона години след Големия взрив. Голямото количество звездна светлина предполага, че е масивна и е с размер над 1,600 светлинни години. Такава светеща, масивна и голяма галактика в ранната вселена в космическата зора противоречи на сегашното разбиране за образуването на галактика. Първите звезди във Вселената бяха Pop III звезди с нулево или изключително ниско съдържание на метал. Въпреки това, изследването на инфрачервените свойства на галактиката JADES-GS-z14-0 разкрива наличието на кислород, което означава обогатяване с метали, което предполага, че поколения масивни звезди вече са завършили своя жизнен цикъл от ражданията до експлозията на супернова преди около 290 милиона години в ранната вселена. По този начин свойствата на тази галактика са в противоречие с настоящото разбиране за образуването на галактики в ранната вселена.
Много ранната Вселена, около 380,000 400 години след Големия взрив, е била пълна с йонизирани газове и е била напълно непрозрачна поради разсейването на фотони от свободните електрони. Това беше последвано от неутралната епоха на ранната вселена, която продължи около 21 милиона години. В тази епоха Вселената е била неутрална и прозрачна. Първата светлина се появи, когато Вселената стана прозрачна, стана червена, изместена към микровълнов диапазон поради разширяване, и сега се наблюдава като космически микровълнов фон (CMB). Тъй като Вселената е била пълна с неутрални газове, не е бил излъчван оптичен сигнал (оттук наречен тъмна епоха). Нейонизираните материали не излъчват светлина, което води до затруднения при изучаването на ранната вселена от неутрална епоха. Въпреки това, микровълновото лъчение с дължина на вълната 1420 cm (съответстващо на 21 MHz), излъчвано от студения, неутрален космически водород през тази епоха поради свръхфин преход от паралелно въртене към по-стабилно анти-паралелно въртене, предлага възможности на астрономите. Това 200 cm микровълново лъчение ще бъде изместено в червено при достигане на Земята и ще се наблюдава при честоти от 10 MHz до XNUMX MHz като радиовълни. The На REACH (Радио експеримент за анализ на космическия водород) Експериментът има за цел да открие неуловима 21-сантиметрова линия от космическия водород.
Епохата на реионизация е следващата епоха в историята на ранната вселена, която продължава от около 400 милиона години след Големия взрив до 1 милиард години. Газовете се рейонизираха поради високоенергийни ултравиолетови лъчения, излъчвани от мощните ранни звезди. В тази епоха започва образуването на галактики и квазари. Светлините на тази епоха са червени, изместени към червения и инфрачервен диапазон. Проучванията на Huble дълбоко поле бяха ново начало в изучаването на ранната вселена, но неговият обхват в улавянето на първичните светлини беше ограничен. Беше необходима инфрачервена обсерватория, базирана в космоса. JWST е специализирана изключително в инфрачервената астрономия изучаване на ранната вселена.
Космическия телескоп на Джеймс Уеб (JWST) беше изстрелян на 25 декември 2021 г. Впоследствие tt беше поставен в орбита близо до точката на Лагранж L2 Слънце–Земя на около 1.5 милиона км от земята. Той започна да функционира напълно през юли 2022 г. Използвайки ключови научни инструменти на борда като NIRCam (Близка инфрачервена камера), NIRSpec (Близък инфрачервен спектрограф), MIRI (Среден инфрачервен инструмент), JWST търси оптични/инфрачервени сигнали от ранните звезди и галактики формирани във Вселената за по-добро разбиране на формирането и еволюцията на галактиките и формирането на звезди и планетарни системи. През последните две години той даде удивителни резултати в изследването на космическата зора (т.е. периода през първите няколкостотин милиона години след големия взрив, където са се родили първите галактики).
Програма JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
Тази програма има за цел да изследва еволюцията на галактиката от високо червено отместване до космическо пладне чрез инфрачервено изображение и спектроскопия в дълбоките полета на GOODS-S и GOODS-N.
През първата година изследователите на JADES се натъкнаха на стотици кандидат-галактики от първите 650 милиона години след големия взрив. В началото на 2023 г. те откриха галактика в своя набор от данни, която изглеждаше с червено изместване от 14, което предполага, че трябва да е изключително далечна галактика, но беше много ярка. Освен това изглеждаше, че е част от друга галактика поради близост. Следователно те наблюдаваха тази печалба през октомври 2023 г. Новите данни потвърдиха, че тя е при червено отместване от 14. Спектър на тази галактика беше необходим за идентифициране на местоположението на пробив на Лайман-алфа в спектъра, за да се измери червеното отместване и да се определи възрастта.
Лайман-алфа е спектрална емисионна линия на водород в серията Лайман, когато електроните преминават от n=2 към n=1. Точката на прекъсване на Lyman-alpha в спектъра съответства на наблюдаваната дължина на вълната (λнаблюдаваното). Червеното отместване (z) може да се изчисли по формулата z = (λнаблюдаваното – λпочивка) / λпочивка
Галактика JADES-GS-z14-0
Съответно, галактиката беше наблюдавана отново през януари 2024 г. с помощта на NIRCam (Близка инфрачервена камера) и NIRSpec (Близък инфрачервен спектрограф). Спектралният анализ предостави ясно доказателство, че галактиката е с червено отместване от 14.32, което я прави най-отдалечената известна галактика (предишен рекорд за най-отдалечена галактика (JADES-GS-z13-0 при червено отместване от z = 13.2). Беше наречена JADES -GS-z14-0, светеща галактика на разстояние 13.5 милиарда светлинни години. Освен това размерът й беше над 1,600 светлинни години, което предполагаше, че източникът на нейната яркост е количеството звездна светлина Не се очаква от галактика, съществуваща по-малко от 300 милиона години след Големия взрив, да има такива свойства.
Имаше още изненади.
Изследователите успяха да открият JADES-GS-z14-0 при по-дълги дължини на вълните, използвайки MIRI (инструмент със среден инфрачервен диапазон). Това означаваше улавяне на емисиите от диапазона на видимата светлина от тази галактика, които бяха изместени в червено, за да станат извън обхвата за инструменти в близката инфрачервена област. Анализът разкри наличието на йонизиран кислород, което предполага висока звездна металност. Това е възможно само когато много поколения звезди вече са изживели своя жизнен път.
Първите звезди във Вселената имат нулево или изключително ниско съдържание на метал. Те се наричат звезди Pop III или звезди Population III. Ниските метъл звезди са Pop II звезди. Младите звезди имат високо съдържание на метали и се наричат „звезди Pop I“ или слънчеви метални звезди. Със сравнително високи 1.4% металичност слънцето е скорошна звезда. В астрономията всеки елемент, по-тежък от хелия, се счита за метал. Химическите неметали като кислород, азот и т.н. са метали в космологичен контекст. Звездите се обогатяват с метал във всяко поколение след събитието свръхнова. Увеличаването на съдържанието на метал в звездите показва по-млада възраст.
Като се има предвид, че възрастта на галактиката JADES-GS-z14-0 е по-малко от 300 милиона години след Големия взрив, звездите в тази галактика трябва да са Pop III звезди с нулево съдържание на метали. Въпреки това MIRI на JWST установи наличие на кислород.
С оглед на горните наблюдения и констатации, свойствата на галактиката JADES-GS-z14-0 от ранната вселена не съответстват на сегашното разбиране за образуването на галактика. Как може галактика с такива характеристики да бъде датирана на 290 милиона години след Bing Bang? Възможно е много такива галактики да бъдат открити в бъдеще. Може би в Космическата зора е съществувало разнообразие от галактики.
***
Литература:
- Карниани, С., и др. 2024. Спектроскопско потвърждение на две светещи галактики при червено отместване 14. Nature (2024). Публикувано на 24 юли 2024 г. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Предпечат в axRiv. Изпратено на 28 май 2024 г. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485
- Хелтън Дж.М., и др 2024. Фотометрично откриване на JWST/MIRI при 7.7 μm от звездния континуум и небуларна емисия в галактика при z>14. Предпечат в axRiv. Изпратено на 28 май 2024 г. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462
- Космическият телескоп Джеймс Уеб на НАСА. Първи акценти – Космическият телескоп Джеймс Уеб на НАСА откри най-отдалечената известна галактика. Публикувано на 30 май 2024 г. Налично на https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy
***
