Spektralna analiza blistave galaksije JADES-GS-z14-0 na temelju opažanja u siječnju 2024. otkrila je crveni pomak od 14.32 što je čini najudaljenijom poznatom galaksijom (prethodna najudaljenija poznata galaksija bila je JADES-GS-z13-0 na crvenom pomaku od z = 13.2). Nastala je u ranom svemiru oko 290 milijuna godina nakon Velikog praska. Obilna količina zvjezdane svjetlosti implicira da je masivan i da ima veličinu od preko 1,600 svjetlosnih godina. Tako sjajna, masivna i velika galaksija u ranom svemiru u kozmičkoj zori prkosi trenutnom razumijevanju formiranja galaksija. Prve zvijezde u svemiru bile su Pop III zvijezde s nula ili ekstremno niskim udjelom metala. Međutim, proučavanje infracrvenih svojstava galaksije JADES-GS-z14-0 otkriva prisutnost kisika što znači obogaćivanje metalom što implicira da su generacije masivnih zvijezda već završile svoj životni put od rođenja do eksplozije supernove prije oko 290 milijuna godina u ranom svemiru. Stoga su svojstva ove galaksije u suprotnosti s trenutnim razumijevanjem formiranja galaksija u ranom svemiru.
Vrlo rani svemir, otprilike 380,000 400 godina nakon Velikog praska, bio je ispunjen ioniziranim plinovima i bio je potpuno neproziran zbog raspršenja fotona slobodnim elektronima. Nakon toga je uslijedila neutralna epoha ranog svemira koja je trajala oko 21 milijuna godina. U ovoj je epohi svemir bio neutralan i transparentan. Prvo se svjetlo pojavilo nakon što je svemir postao proziran, postalo crveno pomaknuto u mikrovalno područje zbog širenja, a sada se promatra kao kozmička mikrovalna pozadina (CMB). Budući da je svemir bio ispunjen neutralnim plinovima, nije emitiran nikakav optički signal (stoga se naziva mračno doba). Neionizirani materijali ne emitiraju svjetlost, što dovodi do poteškoća u proučavanju ranog svemira neutralne epohe. Međutim, mikrovalno zračenje valne duljine od 1420 cm (što odgovara 21 MHz) koje emitira hladni, neutralni kozmički vodik tijekom ove epohe zbog hiperfinog prijelaza iz paralelne vrtnje u stabilniju anti-paralelnu spinu nudi mogućnosti astronomima. Ovo mikrovalno zračenje od 200 cm bilo bi pomaknuto u crveno kada bi stiglo do Zemlje i promatrat će se na frekvencijama od 10 MHz do XNUMX MHz kao radio valovi. The REACH (Radijski eksperiment za analizu kozmičkog vodika) Eksperiment ima za cilj otkriti nedostižnu liniju od 21 cm od kozmičkog vodika.
Epoha reionizacije bila je sljedeća epoha u povijesti ranog svemira koja je trajala od oko 400 milijuna godina nakon Velikog praska do 1 milijarde godina. Plinovi su se ponovno ionizirali zbog visokoenergetskog UV zračenja koje su emitirale snažne rane zvijezde. U ovoj epohi počelo je formiranje galaksija i kvazara. Svjetla ove epohe su crvena pomaknuta prema crvenom i infracrvenom rasponu. Hubleove duboke terenske studije bile su novi početak u proučavanju ranog svemira, međutim njihov opseg u hvatanju primordijalnih svjetala bio je ograničen. Bio je potreban infracrveni opservatorij u svemiru. JWST je specijaliziran isključivo za infracrvenu astronomiju proučavati rani svemir.
James Webb svemirski teleskop (JWST) lansiran je 25. prosinca 2021. Nakon toga, tt je postavljen u orbitu u blizini Lagrangeove točke Sunce-Zemlja L2 oko 1.5 milijuna km od Zemlje. Postao je potpuno operativan u srpnju 2022. Koristeći ključne znanstvene instrumente na brodu kao što su NIRCam (Near Infrared Camera), NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), MIRI (Mid-Infrared Instrument), JWST traži optičke/infracrvene signale s ranih zvijezda i galaksija formirana u Svemiru za bolje razumijevanje nastanka i evolucije galaksija i formiranja zvijezda i planetarnih sustava. U posljednje dvije godine dao je fascinantne rezultate u istraživanju kozmičke zore (tj. razdoblja u prvih nekoliko stotina milijuna godina nakon velikog praska u kojem su rođene prve galaksije).
Program JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
Ovaj program ima za cilj proučavanje evolucije galaksije od visokog crvenog pomaka do kozmičkog podneva putem infracrvenog snimanja i spektroskopije u dubokim poljima GOODS-S i GOODS-N.
U prvoj godini, istraživači JADES-a naišli su na stotine galaksija kandidata iz prvih 650 milijuna godina nakon velikog praska. Početkom 2023. pronašli su galaksiju u svom skupu podataka za koju se činilo da ima crveni pomak od 14, što sugerira da mora biti izuzetno daleka galaksija, ali je bila vrlo svijetla. Također, činilo se da je dio druge galaksije zbog blizine. Stoga su primijetili taj dobitak u listopadu 2023. Novi podaci potvrdili su da je na crvenom pomaku od 14. Spektar ove galaksije bio je potreban za identificiranje lokacije Lyman-alfa prijeloma u spektru za mjerenje crvenog pomaka i određivanje starosti.
Lyman-alpha je spektralna emisijska linija vodika u Lymanovoj seriji kada elektroni prijeđu s n=2 na n=1. Točka Lyman-alfa loma u spektru odgovara promatranoj valnoj duljini (λpromatranom). Crveni pomak (z) može se izračunati prema formuli z = (λpromatranom – λostatak) / λostatak
galaksija JADES-GS-z14-0
U skladu s tim, galaksija je ponovno promatrana u siječnju 2024. pomoću NIRCam (Near Infrared Camera) i NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Spektralna analiza pružila je jasan dokaz da je galaksija bila na crvenom pomaku od 14.32, što je čini najudaljenijom poznatom galaksijom (prethodni rekord najudaljenije galaksije (JADES-GS-z13-0 na crvenom pomaku od z = 13.2). Nazvana je JADES -GS-z14-0, blistava galaksija na udaljenosti od 13.5 milijardi svjetlosnih godina. Nadalje, bila je veća od 1,600 svjetlosnih godina što je sugeriralo da su izvor njezinog sjaja mlade zvijezde Ne očekuje se da će galaksija koja postoji manje od 300 milijuna godina nakon Velikog praska imati takva svojstva.
Spremalo se još iznenađenja.
Istraživači su uspjeli detektirati JADES-GS-z14-0 na većim valnim duljinama koristeći MIRI (Mid-Infrared Instrument). To je značilo snimanje emisija u rasponu vidljive svjetlosti iz ove galaksije koje su bile pomaknute u crveno da bi postale izvan dometa instrumenata bliskih infracrvenih zraka. Analiza je otkrila prisutnost ioniziranog kisika što ukazuje na visoku zvjezdanu metalnost. To je moguće samo kada su mnoge generacije zvijezda već proživjele svoj životni put.
Prve zvijezde u svemiru imaju nula metala ili ekstremno niske metale. Nazivaju se Pop III zvijezde ili Population III zvijezde. Low metal zvijezde su Pop II zvijezde. Mlade zvijezde imaju visok sadržaj metala i nazivaju se "Pop I zvijezde" ili solarne metalne zvijezde. S relativno visokim metalizmom od 1.4%, Sunce je novija zvijezda. U astronomiji se svaki element teži od helija smatra metalom. Kemijski nemetali poput kisika, dušika itd. metali su u kozmološkom kontekstu. Zvijezde se obogaćuju metalom u svakoj generaciji nakon događaja supernove. Povećanje sadržaja metala u zvijezdama ukazuje na mlađu dob.
S obzirom da je starost galaksije JADES-GS-z14-0 manja od 300 milijuna godina nakon Velikog praska, zvijezde u ovoj galaksiji trebale bi biti Pop III zvijezde s nula metala. Međutim, JWST-ov MIRI je pronašao prisutnost kisika.
S obzirom na gore navedena opažanja i otkrića, svojstva rane svemirske galaksije JADES-GS-z14-0 nisu u skladu s trenutnim razumijevanjem formiranja galaksija. Kako se galaksija s takvim značajkama može datirati na 290 milijuna godina nakon Bing Banga? Moguće je da će mnoge takve galaksije biti otkrivene u budućnosti. Možda je u Kozmičkoj zori postojala raznolikost galaksija.
***
Reference:
- Carniani, S., dr.. 2024. Spektroskopska potvrda dviju blistavih galaksija na crvenom pomaku od 14. Nature (2024). Objavljeno 24. srpnja 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Pretisak na axRiv. Predano 28. svibnja 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485
- Helton JM, dr. 2024. JWST/MIRI fotometrijska detekcija na 7.7 μm zvjezdanog kontinuuma i nebularna emisija u galaksiji na z>14. Pretisak na axRiv. Predano 28. svibnja 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462
- NASA James Webb svemirski teleskop. Rano istaknuto – NASA-in svemirski teleskop James Webb pronašao najudaljeniju poznatu galaksiju. Objavljeno 30. svibnja 2024. Dostupno na https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy
***
