תמונת אינפרא אדום זו מטלסקופ החלל ג'יימס ווב (נקרא גם Webb או JWST) של נאס"א צולמה על ידי ה-NIRCam (מצלמה קרובה לאינפרא אדום) עבור התוכנית JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, או JADES. נתוני NIRCam שימשו כדי לקבוע אילו גלקסיות לחקור עוד עם תצפיות ספקטרוסקופיות. גלקסיה אחת כזו, JADES-GS-z14-0 (מוצגת בנסיגה), נקבעה בהיסט לאדום של 14.32 (+0.08/-0.20), מה שהופך אותה למחזיקת השיא הנוכחית של הגלקסיה הידועה הרחוקה ביותר. זה מתאים לתקופה של פחות מ-300 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. קרדיט: נאס"א, ESA, CSA, STScI, ברנט רוברטסון (UC סנטה קרוז), בן ג'ונסון (CfA), סנדרו טצ'לה (קיימברידג'), פיל קרגיל (CfA)
אסטרונומים משתמשים נאס"אשל טלסקופ החלל ג'יימס ווב גילו את הגלקסיות המוקדמות והמרוחקות ביותר הידועות, החל מ-300 מיליון שנה בלבד לאחר המפץ הגדולאבן דרך מרכזית בהבנת השלבים המוקדמים של היקום.
צוות בינלאומי של אסטרונומים הכריז על גילוין של שתי הגלקסיות המוקדמות והרחוקות ביותר שאושרו עד כה, שראשיתה רק 300 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. ממצא משמעותי זה, שהושג באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) של נאס"א, מסמן אבן דרך חשובה בחקר היקום המוקדם. גלקסיות אלו התגלו על ידי צוות JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), בראשות האסטרונום ברנט רוברטסון מאוניברסיטת UC סנטה קרוז.
"תגלית זו היא בלתי צפויה לחלוטין, וסביר להניח שהיא תיחשב כגילוי החוץ-גלקטי המשמעותי ביותר עם JWST עד כה", אמר רוברטסון, פרופסור לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה שיושב בוועדת ההיגוי של JADES. הוא המחבר הראשי של המאמר הראשון מבין שלושה המדווחים על היבטים שונים של התגלית.
במאמר אחד מסכמים המחברים: "זה מדגים את ההשפעה המיידית של תצפיות JWST חדשות על הידע שלנו על היקום הרחוק. עם אוכלוסיות גלקסיות עם הסחה לאדום שהוקמה כעת פחות מ-300 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול, הרחבנו את טווח ההגעה שלנו לעבר הקוסמי ב-40% במהלך שמונה עשר החודשים הראשונים של פעולות JWST."
"הסטה לאדום" מתייחסת להשפעה הנגרמת מהתפשטות היקום, שבה אורך הגל של האור מגלקסיות רחוקות נמתח בזמן שהוא נע. בגלקסיות שהתגלו לאחרונה, ההשפעה היא קיצונית – מתיחה בפקטור של 15, ומעבירה אפילו את האור האולטרה סגול של הגלקסיות לאורכי גל אינפרא אדום שבהם רק ל-JWST יש את היכולת לראות אותו.
מדענים השתמשו ב- NIRSpec (ספקטרוגרף אינפרא-אדום קרוב) של טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א כדי להשיג ספקטרום של הגלקסיה הרחוקה JADES-GS-z14-0 על מנת למדוד במדויק את ההיסט לאדום שלה ולפיכך לקבוע את גילה. ניתן לקבוע את ההסטה לאדום ממיקומו של אורך גל קריטי המכונה הפסקת Lyman-alpha. הגלקסיה הזו מתחילה פחות מ-300 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. קרדיט: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), S. Carniani (Scuola Normale Superiore), JADES Collaboration
רודף אחר גלקסיות מוקדמות
התיאוריה המודרנית גורסת שגלקסיות מתפתחות באזורים מיוחדים שבהם הכבידה ריכזה גז קוסמי וחומר אפל לגושים צפופים המכונים "הילות". ההילות הללו מתפתחות במהירות ביקום המוקדם, ומתמזגות לאוספים מסיביים יותר ויותר של חומר. ההתפתחות המהירה הזו היא הסיבה שאסטרונומים כל כך להוטים למצוא גלקסיות מוקדמות יותר: כל תוספת קטנה מעבירה את עינינו לתקופה פחות מפותחת, שבה גלקסיות בהירות יותר ייחודיות ויוצאות דופן אפילו יותר.
נמצאו באזור ליד שדה האבל העמוק במיוחד, שתי הגלקסיות שהתגלו לאחרונה אושרו ספקטרוסקופית. בהתאם לנוהל השמות הסטנדרטי של שיתוף הפעולה, הגלקסיות ידועות כעת כ-JADES-GS-z14-0 ו-JADES-GS-z14-1, כשהראשונה היא הרחוקה יותר מבין השתיים.
בנוסף להיותו מחזיק השיא החדש למרחקים, JADES-GS-z14-0 יוצא דופן בגודלו ובוהק. JWST מודד את הגלקסיה בקוטר של למעלה מ-1,600 שנות אור. רבות מהגלקסיות המאירות ביותר מייצרות את עיקר האור שלהן באמצעות גז הנופל לתוך סופר-מסיבית חור שחור, מייצר קוואזר. אבל הצוות אומר שהגודל הגדול של JADES-GS-z14-0 אומר שהאור חייב להיות מופק על ידי כוכבים צעירים.
אבני חן נסתרות עמוק
ועדיין, הגלקסיה המאסיבית הייתה חידה עבור צוות JADES כאשר הם הבחינו בה לראשונה לפני יותר משנה, מכיוון שהיא נראית קרובה מספיק על השמיים לגלקסיה בחזית שהם לא יכלו להיות בטוחים שהשניים אינם שכנים. אבל באוקטובר 2023, צוות JADES ערך הדמיה עמוקה עוד יותר – חמישה ימים מלאים עם מצלמת ה-JWST Near-Infra Red בשדה אחד בלבד – כדי ליצור את "שדה המקור של JADES". עם השימוש במסננים שנועדו לבודד טוב יותר גלקסיות מוקדמות, גדל הביטחון ש-JADES-GS-z14-0 אכן היה רחוק מאוד.
בנוסף, הגלקסיה נפלה במקרה באזור שבו הצוות ביצע הדמיה עמוקה במיוחד עם ה-JWST Mid-Infra Red Instrument. תוצאות הדמיה משולבות אלה שכנעו את הצוות לכלול את הגלקסיה במה שתוכנן להיות תצפית אבן היסוד של JADES, קמפיין של 75 שעות לביצוע ספקטרוסקופיה על גלקסיות מוקדמות חלשות. הספקטרוסקופיה אישרה את תקוותיהם ש-JADES-GS-z14-0 היא אכן גלקסיה שוברת שיאים – ושהמועמד הקלוש יותר, JADES-GS-z14-1, היה רחוק כמעט באותה מידה.
עידן חדש בחקר קוסמי
השילוב של הבהירות הגבוהה ומקור הכוכבים הופך את JADES-GS-z14-0 לראיה המובהקת ביותר עד כה להיווצרות מהירה של גלקסיות גדולות ומסיביות ביקום המוקדם. "יכולנו לזהות את הגלקסיה הזו גם אם היא הייתה פי 10 חלשה יותר, מה שאומר שיכולנו לראות דוגמאות אחרות עוד קודם לכן ביקום – כנראה ב-200 מיליון השנים הראשונות", אמר רוברטסון. "הגלקסיה הזו היא באמת פנינה, והיא מצביעה על אוצרות נסתרים יותר ביקום המוקדם."
המאמר של רוברטסון, "הגלקסיות המוקדמות ביותר בשדה המקור של JADES: תפקוד זוהר וצפיפות קצב היווצרות כוכבים קוסמית 300 מיר לאחר המפץ הגדול", מתקבל לפרסום ב- כתב עת אסטרופיזי.
טלסקופ החלל ג'יימס ווב הוא תוכנית בינלאומית בהובלת נאס"א עם שותפיה, ESA (סוכנות החלל האירופית) ו-CSA (סוכנות החלל הקנדית).
