Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba NASA może znaleźć galaktyki z przesunięciem ku czerwieni, które są najstarszymi obiektami we wszechświecie

Po 25 latach prac rozwojowych, które kosztowały prawie 10 miliardów dolarów, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba został w końcu wypuszczony w Boże Narodzenie. Zakładając, że nie będzie żadnych czkawek, a sześciotonowy teleskop będzie w stanie w pełni rozmieścić swoje instrumenty w ciągu najbliższych 5,5 miesiąca, kwalifikujący się naukowcy zaczną na zmianę kierować swoje układy o wymiarach 47 na 70 stóp na to, co ich interesuje.

Yoichi Tamura, profesor na Wydziale Astrofizyki i Nauk o Cząstkach na Uniwersytecie Nagoya w Japonii, już wie, co zrobi z JWST, gdy nadejdzie jego kolej. „Szukałbym najbardziej czerwonych galaktyk, aby zidentyfikować najbardziej odległe galaktyki” – powiedział Tamura The Daily Beast.

Tamura i jego japońscy, holenderscy i amerykańscy towarzysze – którzy mają rezerwę czasu na obserwację z JWST w pewnym momencie w przyszłości – planują skierować teleskop na parę podejrzanych galaktyk „przesuniętych ku czerwieni-13”. Zespół opisał potencjalne galaktyki i strategię ich badania w: nowa rola który pojawił się w internecie w zeszłym miesiącu (choć jeszcze nie został zrecenzowany).

W astronomii „przesunięcie ku czerwieni” to zmiana w sygnaturze podczerwieni odległej galaktyki, która pomaga nam określić jej wiek. Gdy obiekt oddala się od widza, jego światło zwiększa długość fali, a tym samym zmniejsza częstotliwość i energię fotonów, powodując, że światło staje się coraz bardziej czerwone i czerwone.

Galaktyki z przesunięciem ku czerwieni-13 znajdują się na zewnętrznych krawędziach znanego Wszechświata, co oznacza, że ​​były pierwszymi, które dokonały projekcji, gdy Wszechświat zaczął się rozszerzać po Wielkim Wybuchu 13,8 miliarda lat temu. Mniej niż 13 miliardów lat galaktyki te są najstarszymi obywatelami wszechświata – i strażnikami potencjalnie głębokich tajemnic dotyczących pochodzenia, cóż, wszystko. Tysiące z nich można zobaczyć z Ziemi, przy odpowiedniej technologii.

Ponieważ astronomia polega po prostu na uchwyceniu światła, które pochodzi od obiektu, dosłownie patrzymy na ten obiekt tak, jak był w przeszłości. Odległość 10 lat świetlnych oznacza, że ​​światło zajęło 10 lat, aby przejść z punktu A do punktu B. Obraz, który rejestrujemy, gdy patrzymy na galaktykę z dużym przesunięciem ku czerwieni, to obraz dziecka obiektu. Dobre spojrzenie na galaktykę z przesunięciem ku czerwieni 13 to okno do czasów sprzed miliardów lat, kiedy wszechświat był młody.

Bardzo młode galaktyki zawierają bardzo młode gwiazdy, potencjalnie pokazując nam, jak powstają te gwiazdy, powiedział w rozmowie z The Daily Beast Michał Michałowski, astronom z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Polsce. „To ważny temat, ponieważ te pierwsze gwiazdy przygotowały grunt pod przyszłą ewolucję galaktyk, wytwarzając pierwszą partię ciężkich pierwiastków”.

Najbardziej czerwona, a zatem najstarsza galaktyka, którą astronomowie do tej pory potwierdzili, GN-z11, ma przesunięcie ku czerwieni wynoszące 11, co oznacza, że ​​ma około 13,4 miliarda lat. „Mamy nadzieję, że pójdziemy dalej” – powiedział Tamura The Daily Beast. (GN-z11 wywołał ostatnio kontrowersje po tym, jak zespół astronomów zaobserwował coś, co uważali za rozbłysk gamma z odległej galaktyki, a inne zespoły próbowały przebić ten wniosek.)

Nawet mając do dyspozycji JWST, Tamura i jego koledzy z drużyny napotykają przytłaczające przeszkody. Polowanie na galaktyki z przesunięciem ku czerwieni-13 jest trudne. „Przewiduje się, że galaktyka we wczesnych czasach była słaba i rzadka, zgodnie ze standardowym modelem wszechświata” – wyjaśnił Tamura.

Co więcej, inne pobliskie galaktyki, gwiazdy, a nawet porzucone rakiety – „intruzi”, jak nazywają je astronomowie – utrudniają bezpośrednią obserwację. Tak mogło się stać z rzekomym rozbłyskiem gamma z GN-z11.

Ale największą przeszkodą w patrzeniu na te obiekty jest wodór. Neutralne atomy wodoru mogą pochłaniać większość światła emitowanego przez galaktykę. Mogą zmieniać kolor galaktyki i zamazywać jej prawdziwe przesunięcie ku czerwieni, utrudniając w ten sposób dokładną ocenę jej wieku i odległości od Ziemi. Zbyt dużo wodoru może gromadzić się w ogromnych odległościach kosmicznych i utrudniać obserwacje odległych obiektów. Problem wodoru staje się znacznie gorszy, gdy spojrzysz na odległą galaktykę z bogatej w wodór atmosfery Ziemi.

Jest rozwiązanie – ale niekompletne. Korzystając z wyrafinowanej metody analitycznej zwanej „techniką łamania Lymana”, astronomowie mogą pracować wstecz z tym spektrum kolorów zmienionych wodorem. „Jesteśmy w stanie z grubsza oszacować jego odległość”, powiedział Daily Beast Aaron Yung, kolega z zespołu Tamury z NASA Goddard Space Flight Center w Maryland.

Sama metoda łamania Lymana nie może zidentyfikować przesunięcia ku czerwieni galaktyki. „Odległości oszacowane za pomocą tej techniki są wysoce niepewne i podlegają zanieczyszczeniu przez obiekty na pierwszym planie” – wyjaśnił Yung. Kiedy astronomowie zidentyfikowali możliwy W galaktykach z przesunięciem ku czerwieni 13, stosując technikę Lyman-break do istniejących przeglądów, muszą jeszcze lepiej kierować teleskopy – najlepiej w przestrzeni kosmicznej – na te same cele, najlepiej przez kilka dni na raz.

I tu właśnie pojawia się JWST. Jest to pierwszy z kilku nowych teleskopów kosmicznych, które są wdrażane lub opracowywane, które ze względu na ich większe i bardziej czułe układy mają jakiekolwiek szanse potwierdzić, że te czerwonawe, nieprzejrzyste obiekty to starożytne galaktyki. Oprócz JWST, te nowe teleskopy obejmują Nancy Grace Roman Space Telescope, który może zostać wystrzelony w połowie lat 20. XX wieku; jak również japoński GREX-PLUS, do którego jest jeszcze dziesięć lub więcej lat.

Razem te trzy nowe teleskopy mogą pomóc astronomom potwierdzić i zbadać nie tylko galaktyki z przesunięciem ku czerwieni 13 – ale także najstarsze. Tamara i jej koledzy uważają, że możliwe byłoby nawet wykrycie jednej z pierwszych galaktyk, która według astronomów ma przesunięcie ku czerwieni około 17.

Możliwości są zbyt dziwne, by je sobie wyobrazić. Galaktyka z przesunięciem ku czerwieni 17 „musi bardzo różnić się od tego, co widzimy w bliskim wszechświecie”, powiedział Tamura. „Mógłby zawierać bardzo młode gromady gwiazd, w tym nawet gwiazdy pierwszej generacji”.

Te nowonarodzone gwiazdy mogą być ogromne – 10 razy masywniejsze niż Słońce – oraz niezwykle gorące i jasne. Mogą również być krótkotrwałe i podatne na eksplozję. Na obrazie galaktyki z przesunięciem ku czerwieni 17 „fale wybuchu supernowej rozchodziłyby się po całej galaktyce, czyniąc galaktykę bardzo gwałtowną” – wyjaśnił Tamura.

Michałowski powiedział, że nie wierzy w istnienie takich obiektów. „Redshift 17 jest zaledwie 230 milionów lat po Wielkim Wybuchu” – powiedział. „To tak krótki okres, że dopiero się okaże, czy tak szybko pojawiły się jakieś galaktyki”.

Jest tylko jeden sposób, aby się upewnić. Skanuj galaktyki potencjalnie przesunięte ku czerwieni, a następnie spoglądaj coraz dalej na skraj Wszechświata, szukając starszych i bardziej czerwonych galaktyk. Wszystko zaczyna się od bezpiecznego rozmieszczenia Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

Dobre wieści na tym froncie. Na początku tego tygodnia gigantyczny teleskop pomyślnie wdrożony jego osłona słoneczna wielkości kortu tenisowego. w sobotę idź zakończyć rozkładanie drugie z twoich dwóch głównych lusterek wstecznych, co oznacza, że ​​w końcu skończysz rozkładać swoje większe elementy i będziesz gotowy do rozpoczęcia testowania swoich instrumentów. Czekanie było ogromne, ale opłaci się, jeśli uda nam się rozwikłać niektóre z największych tajemnic wszechświata.