Вебб показує народження галактик, коли Всесвіт ставав прозорим

Дані JWST вказують, що ранні галактики утворювали зорі з разючою швидкістю по всій своїй протяжності, і що найраніші галактики могли бути винуватцями космічної реіонізації.

Про це розповідають у Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі (UCLA), передають OstanniPodii.com.

Найбільш ранні галактики були космічними вогняними кулями, що перетворювали газ на зорі із запаморочливою швидкістю на всій своїй протяжності, говорить дослідження, проведене під керівництвом UCLA, яке буде опубліковано у спеціальному випуску "Астрофізичного журналу" (препринт).

Дослідження, засноване на даних космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), є першим вивченням форми й структури тих галактик. Воно показує, що вони були зовсім не схожі на сучасні галактики, в яких зореутворення обмежене невеликими регіонами, такими як сузір′я Оріона в нашому Чумацькому Шляху.

Новини за подібною темою:

		Три "червоні монстри" у ранньому Всесвіті кидають виклик сучасним моделям формування галактик
		У ранньому Всесвіті знайдено чорну діру, що поглинає матерію набагато швидше, ніж теоретично можливо
		Вебб і Габбл показали моторошну пару галактик

"Ми бачимо, як галактики формують нові зорі з разючою швидкістю", – сказав Томмазо Треу, провідний автор дослідження, професор фізики та астрономії UCLA. "Неймовірна роздільна здатність Вебба дозволяє нам вивчати ці галактики в безпрецедентних деталях, і ми бачимо, що все це зореутворення відбувається в регіонах цих галактик".

Треу керує Науковою програмою раннього випуску GLASS-JWST, перші результати якої є темою спеціального випуску журналу.

Інше дослідження (опубліковане місяць тому в "Астрофізичному журналі"), проведене під керівництвом UCLA, показало, що галактики, які утворилися незабаром після Великого вибуху – менш ніж за мільярд років – могли почати спалювати залишки фотонно-поглинального водню, і тим самим пролити світло на темний Всесвіт.

"Навіть наші найкращі телескопи насилу підтверджували відстані до таких далеких галактик, тому ми не знали, роблять вони Всесвіт прозорим чи ні", – сказав Гвідо Робертс-Борсані, постдокторант Каліфорнійського університету, який очолював дослідження. "Вебб показує нам, що він не тільки може виконувати цю роботу, а й робить це з разючою легкістю. Це заміна у грі".

Для кожної галактики показано кольорове композитне зображення на основі короткохвильової (SW) камери (B=F115W,G=F150W,R=F200W) та на основі довгохвильової (LW, праворуч від SW) камери (B=F277W,G=F356W,R=F444W). Окремі зображення деградують до нижчої роздільної здатності кожної камери (тобто, F200W та F444W відповідно). Комірки мають розмір 2,4 дюйма. Розмір пікселів становить 31 mas та 63 mas відповідно для короткохвильових та довгохвильових зображень. Credit: T. Treu et al

"Вебб" – найбільший телескоп ближнього інфрачервоного діапазону у космосі, і його чудова роздільна здатність дає змогу побачити об′єкти, які перебувають на такій відстані, що їхньому світлу потрібні мільярди років, щоб досягти Землі. Хоча ці об′єкти вже постаріли, світло тільки найбільш ранніх моментів їхнього існування встигло промайнути через Всесвіт і потрапити на детектори "Вебба". У результаті JWST не тільки працює як своєрідна машина часу, повертаючи вчених у період незабаром після Великого вибуху, а й створювані ним зображення перетворилися на сімейний альбом із фотографіями новонароджених галактик і зірок.

GLASS-JWST був одним із 13 наукових проєктів раннього випуску, відібраних НАСА 2017 року для швидкого створення загальнодоступних наборів даних, а також для демонстрації та тестування можливостей інструментів на "Веббі".

Маловивчена Епоха реіонізації

Мета проєкту – зрозуміти, як і коли світло від перших галактик прорвалося крізь туман водню, що залишився після Великого вибуху – це явище й період часу називається Епохою реіонізації – а також як газ та важкі елементи розподіляються всередині та навколо галактик протягом космічного часу. Треу та Робертс-Борсані використовують три інноваційні прилади "Вебба", що працюють у ближньому інфрачервоному діапазоні, для проведення детальних вимірювань далеких галактик у ранньому Всесвіті.

Епоха реіонізації – це період, який залишається маловивченим вченими. Досі у дослідників не було надзвичайно чутливих інфрачервоних приладів, необхідних для спостереження за галактиками, які тоді існували. До космічної реіонізації ранній Всесвіт залишався позбавленим світла, оскільки ультрафіолетові фотони від ранніх зірок поглиналися атомами водню, яким був насичений простір.

Вчені вважають, що десь протягом першого мільярду років існування Всесвіту випромінювання, що випускалося першими галактиками та, можливо, першими чорними дірами, змусило атоми водню втратити електрони, або іонізуватися, не дозволяючи фотонам "прилипати" до них і звільняючи шлях для фотонів у просторі. Коли галактики почали іонізувати все більші й більші скупчення водню, Всесвіт став прозорим, і світло вільно поширювалося, як це відбувається й сьогодні, що дає нам змогу щоночі спостерігати блискучу завісу зірок і галактик.

Висновок Робертса-Борсані про те, що галактики утворилися швидше й раніше, ніж вважалося, може підтвердити, що саме вони були винуватцями космічної реіонізації. Дослідження також підтверджує відстані до двох найвіддаленіших галактик, відомих за допомогою нової техніки, що дозволяє астрономам прозондувати початок космічної реіонізації.

Космічний телескоп Джеймса Вебба

Космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) — спільний проєкт НАСА, Канадського космічного агентства та Європейського космічного агентства. “Вебб” було запущено у космос 25 грудня 2021 року, а перше отримане зображення опубліковано 11 липня 2022 року.

Він оснащений 6,5-метровим первинним дзеркалом з 18 окремих сегментів, виготовлених з надлегкого берилію. Дзеркало перпендикулярно розміщено на п'ятишаровому сонцезахисному екрані розміром з тенісний корт, який послаблює сонячне випромінювання у понад мільйон разів. Під екраном — направлена на Землю антена, сонячні батареї та інше.

Чотири наукові інструменти “Вебба” — камери й спектрометри — мають детектори, які здатні реєструвати надзвичайно слабкі сигнали. Це:

• Камера ближнього інфрачервоного діапазону (NIRCam) — основна камера телескопа, яка охоплює інфрачервоний діапазон довжин хвиль від 0,6 до 5 мкм. NIRCam здатна реєструвати світло від: найбільш ранніх зірок і галактик, що знаходяться в процесі формування, зоряної популяції в сусідніх галактиках, а також молодих зірок Чумацького Шляху та об'єктів поясу Койпера. Камера оснащена коронографами — інструментами, які дозволяють астрономам робити знімки дуже слабких об'єктів навколо центрального яскравого об'єкта, наприклад, зоряних систем. Коронографи NIRCam працюють, блокуючи світло яскравішого об'єкта, дозволяючи розглядати тьмяніший об'єкт поблизу — так само, як захист сонця від очей піднятою рукою дозволяє зосередитися на краєвиді, що знаходиться перед вами. За допомогою коронографів астрономи сподіваються визначити характеристики планет, що обертаються навколо найближчих зірок.
• Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) працює в діапазоні від 0,6 до 5 мікрон. Спектрограф (який також іноді називають спектрометром) використовується для розсіювання світла від об'єкта в спектр. Аналіз спектру об'єкта може розповісти нам про його фізичні властивості, включаючи температуру, масу й хімічний склад. Атоми й молекули в об'єкті фактично залишають на його спектрі лінії, які унікально відображають кожен присутній хімічний елемент і можуть розкрити велику кількість інформації про фізичні умови в об'єкті. Спектроскопія й спектрометрія (науки про інтерпретацію цих ліній) є одними з найгостріших інструментів в арсеналі для дослідження космосу. Спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) працюватиме в діапазоні довжин хвиль від 0,6 до 5 мікрон. Спектрограф (який також іноді називають спектрометром) використовується для розсіювання світла від об'єкта в спектр. Аналіз спектру об'єкта може розповісти нам про його фізичні властивості, включаючи температуру, масу і хімічний склад. Атоми і молекули в об'єкті фактично залишають на його спектрі лінії, які унікально відображають кожен присутній хімічний елемент і можуть розкрити велику кількість інформації про фізичні умови в об'єкті. Спектроскопія і спектрометрія (науки про інтерпретацію цих ліній) є одними з найгостріших інструментів в арсеналі для дослідження космосу. Багато з об'єктів, які вивчатиме "Вебб", наприклад, перші галактики , що утворилися після Великого вибуху, настільки тьмяні, що гігантське дзеркало “Вебба” повинно дивитися на них сотні годин, щоб зібрати достатньо світла для формування спектра. Для того, щоб вивчити тисячі галактик протягом своєї місії, NIRSpec розрахований на одночасне спостереження за 100 об'єктами.
• Інструмент середнього інфрачервоного діапазону (MIRI) має як камеру, так і спектрограф, який бачить світло в середньому інфрачервоному діапазоні електромагнітного спектру, з довжинами хвиль, які довші, ніж бачить наше око. MIRI охоплює діапазон довжин хвиль від 5 до 28 мікрон. Його чутливі детектори дозволять бачити червоний зсув світла далеких галактик, новоутворених зірок та слабко видимих комет, а також об'єктів у поясі Койпера. Камера MIRI надає широкосмугове широкопольне зображення. Спектрограф дозволяє проводити спектроскопію із середньою роздільною здатністю, що дозволяє отримувати нові фізичні деталі спостережуваних далеких об'єктів.
• Датчик точного наведення/ближній інфрачервоний тепловізор і безщілинний спектрограф (FGS/NIRISS). FGS дозволяє "Веббу" точно наводитись на ціль, що дає змогу отримувати високоякісні зображення. Частина FGS/NIRISS, що складається з тепловізора ближнього інфрачервоного діапазону та безщілинного спектрографа, використовується для дослідження наступних наукових цілей: виявлення першого світла, виявлення та визначення характеристик екзопланет , а також спектроскопія транзитного проходження екзопланет. FGS/NIRISS має діапазон довжин хвиль від 0,8 до 5,0 мкм та є спеціалізованим інструментом з трьома основними режимами, кожен з яких працює в окремому діапазоні довжин хвиль.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Галактики
• телескоп Вебба