Спектралната анализа на прозрачната галаксија JADES-GS-z14-0 врз основа на набљудувањата направени во јануари 2024 година откри црвено поместување од 14.32 што ја прави најоддалечената позната галаксија (претходната позната најоддалечена галаксија беше JADES-GS-z13-0 на црвеното поместување од z = 13.2). Формиран е во раниот универзум околу 290 милиони години по Големата експлозија. Обилната количина на ѕвездена светлина имплицира дека е масивна и е со големина од над 1,600 светлосни години. Таквата светла, масивна и голема галаксија во раниот универзум во космичката зора му пркоси на сегашното разбирање за формирањето на галаксиите. Првите ѕвезди во универзумот биле Поп III ѕвезди со нула метал или екстремно низок метал. Сепак, проучувањето на инфрацрвените својства на галаксијата JADES-GS-z14-0 открива присуство на кислород, што значи дека збогатувањето на металот значи дека генерации масивни ѕвезди веќе го завршиле својот животен тек од раѓање до експлозија на супернова за околу 290 милиони години во раниот универзум. Така, својствата на оваа галаксија се во спротивност со сегашното разбирање за формирањето на галаксијата во раниот универзум.
Многу раниот универзум, околу 380,000 години по Големата експлозија, бил исполнет со јонизирани гасови и бил целосно непроѕирен поради расејувањето на фотоните од слободните електрони. Потоа следеше неутралната епоха на раниот универзум која траеше околу 400 милиони години. Во оваа епоха, универзумот беше неутрален и транспарентен. Првата светлина се појавила кога вселената станала проѕирна, станала црвена, се префрлила на микробрановиот опсег поради проширувањето и сега е забележана како космичка микробранова позадина (CMB). Бидејќи универзумот бил исполнет со неутрални гасови, не бил емитуван оптички сигнал (оттука се нарекува темно доба). Нејонизираните материјали не испуштаат светлина, па оттука тешкотија во проучувањето на раниот универзум на неутралната епоха. Сепак, микробрановата радијација од 21 cm бранова должина (што одговара на 1420 MHz) емитирана од ладниот, неутрален космички водород во текот на оваа епоха поради хиперфинтен премин од паралелно вртење кон постабилно анти-паралелно вртење нуди можности за астрономите. Оваа микробранова радијација од 21 см ќе биде поместена на црвено кога ќе стигне до Земјата и ќе се набљудува на фреквенции од 200 MHz до 10 MHz како радио бранови. На REACH (Радио експеримент за анализа на космички водород) Експериментот има за цел да открие недостижна линија од 21 см од космичкиот водород.
Епохата на рејонизација беше следната епоха во историјата на раниот универзум која траеше од околу 400 милиони години по Големата експлозија до 1 милијарда години. Гасовите повторно се јонизираа поради високо-енергетските УВ зрачења што ги емитираат моќните рани ѕвезди. Формирањето на галаксии и квазари започнало во оваа епоха. Светлата на оваа епоха се црвени префрлени кон црвените и инфрацрвените опсези. Студиите за длабоки терени на Huble беа нов почеток во проучувањето на раниот универзум, но неговиот опсег во фаќањето исконски светла беше ограничен. Потребна е инфрацрвена опсерваторија со седиште во вселената. JWST е специјализиран исклучиво за инфрацрвена астрономија до проучување на раниот универзум.
Џејмс Веб-телескопот (JWST) беше лансиран на 25 декември 2021 година. Последователно, tt беше поставен во орбита во близина на точката Сонце-Земја L2 Лагранж на околу 1.5 милиони km од Земјата. Тој стана целосно оперативен во јули 2022 година. Користејќи клучни научни инструменти на бродот, како што се NIRCam (блиску инфрацрвена камера), NIRSpec (близок инфрацрвен спектрограф), MIRI (средно-инфрацрвен инструмент), JWST пребарува оптички/инфрацрвени сигнали од раните ѕвезди и галаксии формирани во Универзумот за подобро разбирање на формирањето и еволуцијата на галаксиите и формирањето на ѕвезди и планетарни системи. Во последните две години, тој даде фасцинантни резултати во истражувањето на космичката зора (т.е. периодот во првите неколку стотици милиони години по големата експлозија каде се родени првите галаксии).
Програма JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
Оваа програма има за цел да ја проучува еволуцијата на галаксијата од високо црвено поместување до космичко пладне преку инфрацрвена слика и спектроскопија во длабоките полиња GOODS-S и GOODS-N.
Во првата година, истражувачите на JADES наидоа на стотици кандидатски галаксии од првите 650 милиони години по големата експлозија. На почетокот на 2023 година, тие пронајдоа галаксија во нивната база на податоци што се чини дека е со црвено поместување од 14, што сугерира дека мора да е екстремно далечна галаксија, но беше многу светла. Исто така, се чинеше дека е дел од друга галаксија поради близината. Оттука, тие го забележаа тоа засилување во октомври 2023 година. Новите податоци потврдија дека е со црвено поместување од 14. Спектарот на оваа галаксија беше потребен за да се идентификува локацијата на прекинот на Лајман-алфа во спектарот за да се измери поместувањето на црвено и да се одреди возраста.
Лајман-алфа е спектрална емисиона линија на водород во Лајманската серија кога електроните преминуваат од n=2 во n=1. Точката на прекин на Лајман-алфа во спектарот одговара на набљудуваната бранова должина (λзабележани). Црвеното поместување (z) може да се пресмета според формулата z = (λзабележани – λостатокот) / λостатокот
галаксија JADES-GS-z14-0
Според тоа, галаксијата повторно беше забележана во јануари 2024 година со помош на NIRCam (близу инфрацрвена камера) и NIRSpec (близу инфрацрвен спектрограф). Спектралната анализа обезбеди јасен доказ дека галаксијата била на црвено поместување од 14.32, што ја прави најоддалечената позната галаксија (претходен рекорд на најоддалечената галаксија (JADES-GS-z13-0 на црвено поместување од z = 13.2). Беше наречен JADES -GS-z14-0, прозрачна галаксија на оддалеченост од 13.5 милијарди светлосни години да биде многу масивна Не се очекува галаксијата да има такви својства помалку од 1,600 милиони години.
Се чекаше уште изненадувања.
Истражувачите беа во можност да детектираат JADES-GS-z14-0 на подолги бранови должини користејќи MIRI (средно-инфрацрвен инструмент). Ова значеше снимање на емисиите од опсегот на видлива светлина од оваа галаксија, кои беа поместени со црвено за да станат надвор од опсегот за блиску инфрацрвени инструменти. Анализата откри присуство на јонизиран кислород што имплицира висока ѕвездена металност. Ова е можно само кога многу генерации ѕвезди веќе го поминале својот животен курс.
Првите ѕвезди во универзумот имаат нула метал или екстремно низок метал. Тие се наречени Поп III ѕвезди или Популација III ѕвезди. Лоу метал ѕвездите се ѕвезди на Pop II. Младите ѕвезди имаат висока содржина на метал и се нарекуваат „Ѕвезди на Pop I“ или соларни метални ѕвезди. Со релативно висока металност од 1.4%, сонцето е неодамнешна ѕвезда. Во астрономијата, секој елемент потежок од хелиум се смета за метал. Хемиските неметали како кислородот, азот итн. се метали во космолошки контекст. Ѕвездите се збогатуваат со метал во секоја генерација по настанот на супернова. Зголемената содржина на метал во ѕвездите укажува на помлада возраст.
Имајќи предвид дека староста на галаксијата JADES-GS-z14-0 е помала од 300 милиони години по Големата експлозија, ѕвездите во оваа галаксија би требало да бидат ѕвезди од Поп III со нулта содржина на метал. Сепак, MIRI на JWST откри присуство на кислород.
Со оглед на горенаведените набљудувања и наоди, својствата на раната универзумска галаксија JADES-GS-z14-0 не се во согласност со сегашното разбирање за формирањето на галаксиите. Како може галаксија со такви карактеристики да се датира на 290 милиони години по Бинг Бенг? Можно е во иднина да се откријат многу такви галаксии. Можеби разновидност на галаксии постоела во космичката зора.
***
Референци:
- Карниани, С., и сор. 2024. Спектроскопска потврда на две светлечки галаксии со црвено поместување од 14. Природа (2024). Објавено на 24 јули 2024 година. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Претходно печатење на axRiv. Поднесено на 28 мај 2024 година. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485
- Хелтон Џ.М., и сор 2024. JWST/MIRI фотометриско детекција на 7.7 μm од ѕвездениот континуум и маглина емисија во галаксија на z>14. Претходно печатење на axRiv. Поднесено на 28 мај 2024 година. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462
- Вселенскиот телескоп Џејмс Веб на НАСА. Рани моменти – Вселенскиот телескоп Џејмс Веб на НАСА ја пронајде најдалечната позната галаксија. Објавено на 30 мај 2024 година. Достапно на https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy
***
