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)
נאס"אטלסקופ ג'יימס ווב מגלה גלקסיה רחוקה בהיסט לאדום 14.32, מה שמרמז על היווצרות גלקסיה מהירה באופן בלתי צפוי רק 290 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול.
במהלך השנתיים האחרונות, מדענים השתמשו בנאס"א טלסקופ החלל ג'יימס ווב (נקרא גם Webb או JWST) כדי לחקור את מה שאסטרונומים מתייחסים אליו כשחר קוסמי – התקופה במאות מיליוני השנים הראשונות לאחר המפץ הגדול שבה נולדו הגלקסיות הראשונות. הגלקסיות הללו מספקות תובנה חיונית לגבי הדרכים שבהן השתנו הגז, הכוכבים והחורים השחורים כשהיקום היה צעיר מאוד.
באוקטובר 2023 ובינואר 2024, צוות בינלאומי של אסטרונומים השתמש ב-Webb כדי לצפות בגלקסיות כחלק מתוכנית JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). באמצעות NIRSpec (ספקטרוגרף אינפרא אדום קרוב) של Webb, הם השיגו ספקטרום של גלקסיה שוברת שיאים שנצפתה רק מאתיים ותשעים מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. זה מתאים להסטה לאדום של כ-14, שהיא מדד למידת המתח של האור של הגלקסיה על ידי התפשטות היקום.
הזמנו את סטפנו קרניאני מ-Scuola Normale Superiore בפיזה, איטליה, ואת קווין היינליין מאוניברסיטת אריזונה בטוסון, אריזונה, לספר לנו יותר על איך המקור הזה נמצא ומה התכונות הייחודיות שלו מספרות לנו על היווצרות גלקסיות.
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
פריצת דרך בחקר גלקסיות בהיסט לאדום גבוה
"המכשירים ב-Webb תוכננו למצוא ולהבין את הגלקסיות המוקדמות ביותר, ובשנת התצפיות הראשונה כחלק מהסקר JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), מצאנו מאות רבות של גלקסיות מועמדות מ-650 מיליון השנים הראשונות לאחר המפץ הגדול. בתחילת 2023, גילינו גלקסיה בנתונים שלנו שיש לה עדות חזקה להיותה מעל להסטה לאדום של 14, וזה היה מאוד מרגש, אבל היו כמה מאפיינים של המקור שגרמו לנו להיזהר.
"המקור היה בהיר באופן מפתיע, מה שלא היינו מצפים לגלקסיה כה רחוקה, והוא היה קרוב מאוד לגלקסיה אחרת, כך שהשניים נראו חלק מעצם אחד גדול יותר. כאשר צפינו במקור שוב באוקטובר 2023 כחלק משדה המקור של JADES, נתוני הדמיה חדשים שהתקבלו באמצעות מסנני NIRCam (מצלמה קרובה אינפרא אדום) הצרים יותר הצביעו אפילו יותר על השערת ההיסט לאדום הגבוה. ידענו שאנחנו צריכים ספקטרום, שכן כל מה שנלמד יהיה בעל חשיבות מדעית עצומה, או כאבן דרך חדשה בחקירתו של ווב על היקום המוקדם או ככדור מוזר מבלבל של גלקסיה בגיל העמידה.
"בינואר 2024, NIRSpec צפה בגלקסיה הזו, JADES-GS-z14-0, במשך כמעט עשר שעות, וכאשר הספקטרום עובד לראשונה, היו עדויות חד משמעיות לכך שהגלקסיה אכן הייתה בהיסט לאדום של 14.32, וניפצה את הספקטרום הקודם. שיא גלקסיה מרוחקת (z = 13.2 של JADES-GS-z13-0). לראות את הספקטרום הזה היה מרגש להפליא עבור כל הצוות, לאור המסתורין סביב המקור.
"הגילוי הזה לא היה רק שיא מרחק חדש עבור הצוות שלנו; ההיבט החשוב ביותר של JADES-GS-z14-0 היה שבמרחק הזה, אנו יודעים שהגלקסיה הזו חייבת להיות מהותית מאוד זוֹרֵחַ. מהתמונות, המקור נמצא בקוטר של למעלה מ-1,600 שנות אור, מה שמוכיח שהאור שאנו רואים מגיע בעיקר מכוכבים צעירים ולא מפליטות ליד סופר-מאסיבי הולך וגדל. חור שחור. אור הכוכבים הרב הזה מרמז שהגלקסיה היא פי כמה מאות מיליוני מסה של השמש! זה מעלה את השאלה: איך הטבע יכול ליצור גלקסיה כה בהירה, מסיבית וגדולה בפחות מ-300 מיליון שנה?
חשיפת תובנות חדשות מאור עתיק
"הנתונים חושפים היבטים חשובים נוספים של הגלקסיה המדהימה הזו. אנו רואים שצבע הגלקסיה אינו כחול כפי שהוא יכול להיות, מה שמעיד על כך שחלק מהאור מאדים על ידי אבק, אפילו בזמנים מוקדמים אלה. חוקר JADES ג'ייק הלטון ממצפה הכוכבים Steward ואוניברסיטת אריזונה זיהה גם ש-JADES-GS-z14-0 זוהה באורכי גל ארוכים יותר עם ה-MIRI של Webb (מכשיר אינפרא אדום באמצע), הישג יוצא דופן בהתחשב במרחק שלו. תצפית ה-MIRI מכסה אורכי גל של אור שנפלטו בטווח האור הנראה, אשר הועברו לאדום מחוץ להישג ידם של המכשירים הקרובים לאינפרא אדום של ווב.
"הניתוח של ג'ייק מצביע על כך שהבהירות של המקור המשתמעת מתצפית ה-MIRI היא מעל למה שיוחלף מהמדידות של מכשירי Webb האחרים, מה שמצביע על נוכחות של פליטת גז מיונן חזק בגלקסיה בצורה של קווי פליטה בהירים ממימן וחמצן. הנוכחות של חמצן בשלב מוקדם כל כך בחייה של הגלקסיה הזו היא הפתעה ומצביעה על כך שדורות מרובים של כוכבים מאסיביים מאוד כבר חיו את חייהם לפני שצפינו בגלקסיה.
"כל התצפיות הללו, יחד, מספרות לנו ש-JADES-GS-z14-0 אינו דומה לסוגי הגלקסיות שנחזו על ידי מודלים תיאורטיים והדמיות ממוחשבות להתקיים ביקום המוקדם מאוד. בהתחשב בהירות הנצפית של המקור, אנו יכולים לחזות כיצד הוא עשוי לגדול לאורך זמן קוסמי, ועד כה לא מצאנו אנלוגים מתאימים ממאות גלקסיות אחרות שצפינו בהיסט לאדום גבוה בסקר שלנו.
"בהתחשב באזור הקטן יחסית של השמים שחיפשנו כדי למצוא את JADES-GS-z14-0, לגילויו יש השלכות עמוקות על המספר החזוי של גלקסיות בהירות שאנו רואים ביקום המוקדם, כפי שנדון במחקר מקביל אחר של JADES. סביר להניח שאסטרונומים ימצאו הרבה גלקסיות זוהרות כאלה, אולי בזמנים מוקדמים אף יותר, במהלך העשור הבא עם ווב. אנו נרגשים לראות את המגוון יוצא הדופן של הגלקסיות שהיה קיים בשחר הקוסמי!"
למידע נוסף על גילוי זה, ראה Webb חושף את הגלקסיה הרחוקה ביותר הידועה.
תצפיות ספקטרוסקופיות אלו נלקחו כחלק מתוכנית תצפיות בזמן מובטח (GTO) 1287, והתצפיות של MIRI כחלק מתוכנית GTO 1180.
סטפנו קרניאני הוא עוזר פרופסור ב-Scuola Normale Superiore באיטליה. הוא גם חבר בצוות Webb/NIRSpec GTO וחוקר את התפתחות הגלקסיות והחור השחור לאורך זמן קוסמי.
קווין היינליין הוא פרופסור מחקר חבר במצפה הכוכבים סטיוארד, אוניברסיטת אריזונה. הוא גם חבר בצוות Webb/NIRCam Science, ומשתמש בנתונים מסקר JADES GTO כדי לחקור את האבולוציה של גלקסיות וגרעינים גלקטיים פעילים בהיסט לאדום הגבוה ביותר.
