Astronaujiena. JWST pirmieji rezultatai: tolimiausios galaktikos

Praėjo vos pora savaičių nuo pirmųjų James Webb teleskopo nuotraukų viešo paskelbimo. Jau turime kelias dešimtis mokslinių straipsnių, nagrinėjančių tiek šiuos, tiek kitus teleskopo surinktus duomenis. Vienas iš pirmųjų rezultatų – atrastos ypatingai tolimos galaktikos, laužančios ankstesnius rekordus ir padedančios suprasti, kaip šie žvaigždžių ir tamsiosios materijos telkiniai apskritai atsirado Visatoje.

Galaktikos GL-z11 (viršuje) ir GL-z13 (apačioje). Šaltinis: Naidu et al. (2022)

Žinoma, tolimųjų galaktikų nuotraukos nėra tokios detalios, kaip artimų – nematome jų struktūros ar, juo labiau, pavienių žvaigždžių. Visgi vien tai, kad kai kurias galaktikas įmanoma erdviškai išskirti – pamatyti jų dydį, o ne tik tašką – yra didelis pasiekimas, leidžiantis vertinti ne tik galaktikų šviesį ar masę, bet ir spindulį. Iliustracijoje aukščiau matome dvi tokias galaktikas. GL-z11 šviesa iki mūsų keliavo apie 13,3 milijardo metų, kitaip tariant, matome jos atvaizdą iš laikų, kai Visatos amžius buvo tik 420 milijonų metų. Jos atvaizdas yra šiek tiek didesnis, nei minimalus, kurį gali išskirti James Webb teleskopas, taigi įvertintas efektinis disko spindulys siekia apie 700 parsekų. GL-z13 šviesa iki mūsų keliavo dar šimtu milijonų metų ilgiau; jos dydžio išskirti nepavyksta, tai rodo, kad galaktika yra ne daugiau nei 500 parsekų spindulio. Palyginimui, Paukščių Tako efektinis spindulys yra apie 2,5 kiloparseko. Taigi šios galaktikos nėra tokios jau mažos, turint omeny, kad susiformavo visai netrukus po Didžiojo sprogimo.

Tolimų galaktikų raudonasis poslinkis (didesnis reiškia tolimesnes galaktikas) ir ryškis ultravioletinių spindulių ruože (šie spinduliai, iki pasiekdami mus, išsitempia į infraraudonąją spektro dalį; labiau neigiami skaičiai reiškia ryškesnes galaktikas, vienas ryškis atitinka 2,5 karto šviesių skirtumą). Šaltinis: Naidu et al. (2022)

Iki James Webb tolimiausia žinoma galaktika buvo GN-z11, truputį tolimesnė už GL-z11 (z11 jų pavadinime reiškia, kad galaktikos spinduliuotės raudonasis poslinkis, žymimas raide z, yra maždaug 11 – jos spinduliuotės bangos ilgis, iki pasiekdamas mus, pailgėjo 12 kartų; z13, atitinkamai, reikia z ~ 13, arba 14 kartų bangos ilgio išsitempimą). Tačiau GN-z11, kurios atradimas paskelbtas 2016 metais, yra apie pustrečio karto šviesesnė už GN-z11, ir greičiausiai buvo viena iš ryškiausių galaktikų tuometinėje Visatoje. Tyrinėdami vien pačias ryškiausias galaktikas, negalime susidaryti pilno vaizdo apie jų populiaciją ir savybes, panašiai kaip tyrinėdami vien aukščiausius žmones, negalėtume susidaryti pilno vaizdo apie visą žmoniją. Taigi mažesnių galaktikų atradimas yra labai svarbus, siekiant suprasti, kaip jos formavosi ir augo per pirmuosius kelis šimtus milijonų Visatos gyvavimo metų.

Dar vienas taškas iliustracijoje aukščiau, pažymėtas HD1, yra galimai tolimesnė galaktika, aptikta šių metų pradžioje analizuojant archyvinius duomenis. Tačiau jos būsena nėra vienareikšmiškai patvirtinta, mat duomenys labai neaiškūs. Nepaisant to, kad numanomas galaktikos šviesis tris kartus viršija GN-z11 ir maždaug 11 kartų – GL-z13, ją pamatyti buvo ypatingai sudėtinga.

Galaktikos-kandidatės (oranžiniai šešiakampiai). Šaltinis: Atek et al. (2022)

Šiandien pasirodė dar vienas straipsnis, kuriame irgi ieškoma tolimų galaktikų. Jo autoriai teigia aptikę net 15 kandidačių, iš kurių dvi tolimiausios yra dar kone šimtu milijonų metų toliau, nei GL-z13: jų vaizdą matome iš tada, kai Visatos amžius buvo tik 250 milijonų metų. Geriausi dabartiniai duomenys rodo, kad pirmosios žvaigždės ėmė formuotis maždaug 180 milijonų metų po Didžiojo sprogimo, taigi šios galaktikos beveik neabejotinai yra patys pirmieji jų telkiniai. Blausiausios galaktikos tarp šių penkiolikos yra daugiau nei trim ryškiais, arba apie 20 kartų, blausesnės už GN-z11. Tad jų analizė jau tikrai turėtų pradėti atskleisti pirmųjų Visatos galaktikų paslaptis.

Ir visa tai – praktiškai iš vienos spiečiaus SMACS0723 nuotraukos. O James Webb teleskopas dirbs bent penkerius metus. Artėja daugybė nuostabių atradimų.

Laiqualasse

7 komentarai

  1. Klausimas kiek patikimi yra šie pirminiai rezultatai, ypač galaktikų su z > 12 aptikimas. Šie raudonieji poslinkiai yra aptinkami Lymano lūžio metodu – tarpžvaigždiniam vandeniliui sugeriant UV spindulius galaktiką „dingsta“ iš vieno iš paveiksliukų. Neutralaus vandenilio Lymano serja glūdi ties ~100 nm bangos ilgiu, tačiau tolimiausių galaktikų atveju ji gali būti ištempta iki infraraudonojo ruožo. Sugeneruoti panašų lūžį spektre taip pat gali ir Balmerio serija esanti ties ~360 nm, todėl visada kyla pavojus, kad aptikta galaktika iš tiesų turi mažesnį raudonąjį poslinkį nei atrodo iš pradžių.

    Ši problema ne tokia didelė jei į filtrų diapozoną pakliūna abu lūžiai. Pavyzdžiui, jei turime galaktiką „iškrentančią“ 1.15 ir 0.9 mikronų filtruose ir žymiai paryškėjančią 4.4 mikronų filtre galime būti gana tikri, kad jos z ~ 9-10 ir tas antrasis paryškėjimas įvyko Balmerio serijų dėka. Tačiau, jeigu galaktikos z > 12, jos Balmerio lūžis išeina iš JWST NIRCam diapozono, todėl atskirti galaktiką ties z ~ 16 nuo galaktikos ties z ~ 7 tampa gana sudėtinga.

    Žinoma, detali JWST spektroskopija abejones turėtų išsklaidyti arba patvirtinti.

    1. Kiek mačiau, visoms galaktikoms buvo bandyta pritaikyti abu fotometrinius spendinius – tiek Laimano, tiek Balmerio lūžio. Balmerio lūžio sprendinys, kuris duotų z ~ 3.6-3.9, gana reikšmingai atmestas visais atvejais, nes JWST turėtų užfiksuoti ir mėlynąją Balmerio lūžio pusę.

      1. Tiesa, tačiau aš labiau turėjau omeny z = 16 kandidates, jų atveju tas man regis nebuvo padaryta.

        Taip pat reikalus kiek komplikuoja, kad SMACS giliojo lauko apžvalga lyg tais nenaudojo 1.15 mikronų filtro, kas kenkia z nustatymo tikslumui.

        Vėl gi, nieko per daug kritikuoti negalima – pirminiai rezultatai ko gero labiau skirti kandidačių detalesnei spektroskopijai paieškai.

  2. Kažkaip būtų gaila, jei JWST karjera būtų tik penki metai. Noris tikėti, kad gerokai ilgiau, t. y. bent pora dešimtmečių, kaip pasakoja šiandien įkeltame video ,,James Webb Telescope Terrifying Discovery On Jupiter After 45 Years“ (05:24)

    1. Misijos visada planuojamos labai konservatyviai. Pavyzdžiui, Chandra taip pat buvo planuota penkeriems metams, o veikia jau ilgiau nei 23: https://en.wikipedia.org/wiki/Chandra_X-ray_Observatory. Tad beveik neabejoju, kad JWST dirbs ne vieną dešimtmetį.

      Tas video (galėjot ir nuorodą duoti, ne tik pavadinimą :) ) per daug klikbeitinis, kad žiūrėčiau visą ir bandyčiau išgauti tą įdomų grūdą, tai gal galit pasakyti, kas per „terrifying discovery“?

      1. Visame video buvo pristatomi svarbiausi atradimai apie Jupiterį ir jo palydovus. Apie JWST pakalbėjo tik labai nedaug. Nesitikėjau, kad bus kažkas ypatingo atrasta. Tai tas ,,terrifying discovery“, pasirodo, buvo Jupiterio ir jo palydovų nuotrauka, daryta su JWST, truputį geresnės kokybės, nei kad buvo tikėtasi.

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *