Уэбб показывает рождение галактик, когда Вселенная становилась прозрачной
Данные JWST указывают, что ранние галактики образовывали звезды с поразительной скоростью по всей своей протяженности, и что самые ранние галактики могли быть виновниками космической реионизации.
Об этом рассказывают в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе (UCLA), передают OstanniPodii.com.
Самые ранние галактики были космическими огненными шарами, которые превращали газ в звезды с поразительной скоростью на всей своей протяженности, говорит исследование, проведенное под руководством UCLA, которое будет опубликовано в специальном выпуске "Астрофизического журнала" (препринт).
Исследование, основанное на данных космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), является первым изучением формы и структуры тех галактик. Оно показывает, что они были совсем не похожи на современные галактики, в которых звездообразование ограничено небольшими регионами, такими как созвездие Ориона в нашем Млечном Пути.
"Мы видим, как галактики формируют новые звезды с поразительной скоростью", – сказал Томмазо Треу, ведущий автор исследования, профессор физики и астрономии UCLA. "Невероятное разрешение Уэбба позволяет нам изучать эти галактики в беспрецедентных деталях, и мы видим, что все это звездообразование происходит в регионах этих галактик".
Треу руководит Научной программой раннего выпуска GLASS-JWST, первые результаты которой являются темой специального выпуска журнала.
Другое исследование (опубликованное месяц назад в "Астрофизическом журнале"), проведенное под руководством UCLA, показало, что галактики, образовавшиеся вскоре после Большого взрыва – менее чем за миллиард лет – могли начать сжигать остатки фотонно-поглощающего водорода, проливая свет на темную Вселенную.
"Даже наши лучшие телескопы с трудом подтверждали расстояния до таких далеких галактик, поэтому мы не знали, делают они Вселенную прозрачной или нет", – сказал Гвидо Робертс-Борсани, постдокторант Калифорнийского университета, возглавлявший исследование. "Уэбб показывает нам, что он не только может выполнять эту работу, но и делает это с поразительной легкостью. Это замена в игре".
Для каждой галактики показано цветное композитное изображение на основе коротковолновой (SW) камеры (B=F115W,G=F150W,R=F200W) и на основе длинноволновой (LW, справа от SW) камеры (B=F277W,G=F356W,R=F444W). Отдельные изображения деградируют до низшего разрешения каждой камеры (то есть, F200W и F444W соответственно). Ячейки имеют размер 2,4 дюйма. Размер пикселей составляет 31 mas и 63 mas соответственно для коротковолновых и длинноволновых изображений. Credit: T. Treu et al
"Уэбб" – самый большой телескоп ближнего инфракрасного диапазона в космосе, и его превосходное разрешение позволяет увидеть объекты, которые находятся на таком расстоянии, что их свету нужны миллиарды лет, чтобы достичь Земли. Хотя эти объекты уже постарели, свет только самых ранних моментов их существования успел пронестись через Вселенную и попасть на детекторы "Уэбба". В результате JWST не только работает как своеобразная машина времени, возвращая ученых в период вскоре после Большого взрыва, но и создаваемые им изображения превратились в семейный альбом с фотографиями новорожденных галактик и звезд.
GLASS-JWST был одним из 13 научных проектов раннего выпуска, отобранных НАСА в 2017 году для быстрого создания общедоступных наборов данных, а также для демонстрации и тестирования возможностей инструментов на "Уэббе".
Малоизученная Эпоха реионизации
Цель проекта – понять, как и когда свет от первых галактик прорвался сквозь туман водорода, оставшийся после Большого взрыва – это явление и период времени называется Эпохой реионизации – а также как газ и тяжелые элементы распределяются внутри и вокруг галактик в течение космического времени. Треу и Робертс-Борсани используют три инновационных прибора "Уэбба", работающих в ближнем инфракрасном диапазоне, для проведения детальных измерений далеких галактик в ранней Вселенной.
Эпоха реионизации – это период, который остается малоизученным учеными. До сих пор у исследователей не было чрезвычайно чувствительных инфракрасных приборов, необходимых для наблюдения за галактиками, которые тогда существовали. До космической реионизации ранняя Вселенная оставалась лишенной света, поскольку ультрафиолетовые фотоны от ранних звезд поглощались атомами водорода, которым было насыщено пространство.
Ученые считают, что где-то в течение первого миллиарда лет существования Вселенной излучение, испускаемое первыми галактиками и, возможно, первыми черными дырами, заставило атомы водорода потерять электроны, или ионизироваться, не позволяя фотонам "прилипать" к ним и освобождая путь для фотонов в пространстве. Когда галактики начали ионизировать все большие и большие скопления водорода, Вселенная стала прозрачной, и свет свободно распространялся, как это происходит и сегодня, что позволяет нам каждую ночь наблюдать сверкающий занавес звезд и галактик.
Вывод Робертса-Борсани о том, что галактики образовались быстрее и раньше, чем считалось, может подтвердить, что именно они были виновниками космической реионизации. Исследование также подтверждает расстояния до двух самых отдаленных галактик, известных с помощью новой техники, что позволяет астрономам прозондировать начало космической реионизации.
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 еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.