يكشف تلسكوب جيمس ويب الفضائي عن المجرات الأبعد

أبلغ علماء الفلك عن أبعد المجرات المعروفة التي تم اكتشافها وتأكيدها بواسطة JWST.

اكتشف فريق دولي من علماء الفلك أقدم وأبعد المجرات التي تم تأكيدها حتى الآن باستخدام بيانات من تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST). التقط التلسكوب الضوء المنبعث من هذه المجرات منذ 13.4 مليار سنة ، مما يعني أن المجرات كانت أقل من 400 مليون سنة بعد الانفجار العظيم ، عندما كان الكون 2٪ فقط من عمره الحالي.

أسفرت الملاحظات الأولية لـ JWST ، مثل الملاحظات السابقة باستخدام تلسكوب هابل الفضائي ، عن العديد من المجرات المرشحة على مسافات بعيدة. الآن ، تم تأكيد أربعة من هذه الأهداف من خلال الحصول على ملاحظات طيفية طويلة لا توفر فقط قياسات موثوقة لمسافاتها ، ولكنها تسمح أيضًا لعلماء الفلك بتوصيف الخصائص الفيزيائية للمجرات.

قال براندت روبرتسون ، أستاذ علم الفلك والفيزياء الفلكية في جامعة كاليفورنيا بسانتا كروز: “لقد اكتشفنا مجرات في الكون البعيد في أوقات مبكرة بشكل مثير للدهشة”. مع JWST ، ولأول مرة ، يمكننا الآن العثور على مثل هذه المجرات البعيدة ثم تأكيدها باستخدام التحليل الطيفي أنهم في الواقع بعيدون جدًا “.

يقيس علماء الفلك مسافة المجرة عن طريق تحديد انزياحها الأحمر. بسبب توسع الكون ، يبدو أن الأجسام البعيدة تبتعد عنا ويمتد ضوءها إلى أطوال موجية أطول وأكثر احمرارًا بواسطة تأثير دوبلر. يمكن لتقنيات القياس الضوئي القائمة على الصور المأخوذة من خلال مرشحات مختلفة أن توفر تقديرات الانزياح الأحمر ، لكن القياسات النهائية تتطلب التحليل الطيفي ، الذي يفصل الضوء من الجسم إلى الأطوال الموجية المكونة له.

(انقر على الصورة لرؤية الرسم التوضيحي الكامل). يتوسع الكون ، وهذا التوسع يمد الضوء الذي ينتقل عبر الفضاء في ظاهرة تسمى الانزياح الأحمر الكوني. كلما زاد الانزياح نحو الأحمر ، كلما ابتعد الضوء. نتيجة لذلك ، يجب أن تكون التلسكوبات المزودة بكواشف الأشعة تحت الحمراء قادرة على رؤية الضوء من المجرات الأولى والأبعد. الائتمان: NASA و ESA و L. Hustak (STSci)

النتائج الجديدة تركز على أربع مجرات. هناك انزياحات حمراء أكبر من 10. تم الآن تأكيد مجرتين رصدهما هابل في البداية عند انزياح أحمر يبلغ 10.38 و 11.58. المجرتان الأكثر بعدًا اللذان تم اكتشافهما في صور JWST لهما انزياح أحمر يبلغ 13.20 و 12.63 ، مما يجعلهما أكثر المجرات بعدًا التي أكدها التحليل الطيفي حتى الآن. يعود الانزياح الأحمر البالغ 13.2 إلى حوالي 13.5 مليار سنة.

قال روبرتسون: “هذه أكثر مما كنا نتخيله قبل JWST”. “عند الانزياح الأحمر 13 ، يبلغ عمر الكون حوالي 325 مليون سنة.”

روبرتسون وإيما كيرتس ليك من جامعة هيرتفوردشاير (المملكة المتحدة) هما مؤلفان رئيسيان لمقالتين لم تخضعا بعد لعملية مراجعة النظراء (انظر الروابط أدناه).

نتجت الملاحظات عن تعاون العلماء الذي أدى إلى تطوير أداتين على الويب ، كاميرا الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRCam) وجهاز الطيف بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIRSpec). كان التحقيق في المجرات الخافتة والمبكرة دافعًا رئيسيًا في مفاهيم هذه الأدوات. في عام 2015 ، اجتمعت فرق الأدوات معًا لاقتراح JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) ، وهو مشروع طموح مخصص لأكثر من شهر من التلسكوب ومصمم لتوفير رؤية غير مسبوقة للكون المبكر في كلا العمقين. والتفاصيل. JADES هو تعاون دولي لأكثر من ثمانين عالم فلك من عشر دول.

وقالت Marcia Rieke ، باحثة رئيسية في NIRCam في جامعة أريزونا: “هذه النتائج هي تتويج لسبب اجتماع فريق NIRCam و NIRSpec معًا لتنفيذ مشروع المراقبة هذا”.

بدأ مشروع JADES مع NIRCam ، مستخدماً أكثر من 10 أيام من وقت المهمة لمراقبة حقل هابل شديد العمق وجزء صغير من السماء المحيطة. يدرس علماء الفلك هذه المنطقة منذ أكثر من 20 عامًا باستخدام جميع التلسكوبات الكبيرة تقريبًا. لاحظ فريق JADES المجال في تسعة نطاقات مختلفة للأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء ، والتقطوا صورًا رائعة تكشف ما يقرب من 100000 مجرة ​​بعيدة ، كل بلايين من السنين الضوئية.

استخدم الفريق بعد ذلك مطياف NIRSpec لجمع الضوء من 250 مجرة ​​خافتة خلال فترة مراقبة مدتها ثلاثة أيام. قدم هذا قياسات دقيقة للانزياح الأحمر وكشف عن خصائص الغاز والنجوم في هذه المجرات.

قال روبرتسون: “بهذه القياسات ، يمكننا معرفة السطوع الجوهري للمجرات وعدد النجوم التي تحتويها”. “الآن يمكننا حقًا البدء في تحديد كيفية اندماج المجرات بمرور الوقت.”

أضاف المؤلف المشارك ساندرو تاكيلا من جامعة كامبريدج في المملكة المتحدة: “من الصعب فهم المراحل الأولى لتطور المجرات دون فهمها. كما هو الحال مع البشر ، يعتمد ما يحدث لاحقًا على تأثير هذه الأجيال المبكرة من النجوم. تنتظر العديد من الأسئلة حول المجرات الفرصة التحويلية للويب ، ويسعدنا أن نكون قادرين على لعب دور في كشف هذه القصة.

وفقًا لروبرتسون ، كان من الممكن أن يبدأ تكوين النجوم في هذه المجرات المبكرة قبل 100 مليون سنة تقريبًا من عمرها المرصود ، مما قد يؤدي إلى تراجع تشكل النجوم المبكرة بحوالي 225 مليون سنة.[{” attribute=””>Big Bang.

“We are seeing evidence of star formation about as early as we could expect based on our models of galaxy formation,” he said.

Other teams have identified candidate galaxies at even higher redshifts based on photometric analyses of JWST images, but these have yet to be confirmed by spectroscopy. JADES will continue in 2023 with a detailed study of another field, this one centered on the iconic Hubble Deep Field, and then a return to the Ultra Deep Field for another round of deep imaging and spectroscopy. Many more candidates in the field await spectroscopic investigation, with hundreds of hours of additional time already approved.

For more on this research, see NASA’s Webb Space Telescope Discovers Earliest Galaxies in the Universe.

References:

“Discovery and properties of the earliest galaxies with confirmed distances” by B. E. Robertson, S. Tacchella, B. D. Johnson, K. Hainline, L. Whitler, D. J. Eisenstein, R. Endsley, M. Rieke, D. P. Stark, S. Alberts, A. Dressler, E. Egami, R. Hausen, G. Rieke, I. Shivaei, C. C. Williams, C. N. A. Willmer, S. Arribas g, N. Bonaventura, A. Bunker, A. J. Cameron, S. Carniani, S. Charlot, J. Chevallard, M. Curti, E. Curtis-Lake, F. D’Eugenio, P. Jakobsen, T. J. Looser, N. Lützgendorf, R. Maiolino, M. V. Maseda, T. Rawle, H.-W. Rix, R. Smit, H. Übler, C. Willott, J. Witstok, S. Baum, R. Bhatawdekar, K. Boyett, Z. Chen, A. de Graaff, M. Florian, J. M. Helton, R. E. Hviding, Z. Ji, N. Kumari, J. Lyu, E. Nelson, L. Sandles, A. Saxena, K. A. Suess, F. Sun, M. Topping and I. E. B. Wallace, 17 November 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04480

“Spectroscopic confirmation of four metal-poor galaxies at z=10.3-13.2” by Emma Curtis-Lake, Stefano Carniani, Alex Cameron, Stephane Charlot, Peter Jakobsen, Roberto Maiolino, Andrew Bunker, Joris Witstok, Renske Smit, Jacopo Chevallard, Chris Willott, Pierre Ferruit, Santiago Arribas, Nina Bonaventura, Mirko Curti, Francesco D’Eugenio, Marijn Franx, Giovanna Giardino, Tobias J. Looser, Nora Lützgendorf, Michael V. Maseda, Tim Rawle, Hans-Walter Rix, Bruno Rodriguez del Pino, Hannah Übler, Marco Sirianni, Alan Dressler, Eiichi Egami, Daniel J. Eisenstein, Ryan Endsley, Kevin Hainline, Ryan Hausen, Benjamin D. Johnson, Marcia Rieke, Brant Robertson, Irene Shivaei, Daniel P. Stark, Sandro Tacchella, Christina C. Williams, Christopher N. A. Willmer, Rachana Bhatawdekar, Rebecca Bowler, Kristan Boyett, Zuyi Chen, Anna de Graaff, Jakob M. Helton, Raphael E. Hviding, Gareth C. Jones, Nimisha Kumari, Jianwei Lyu, Erica Nelson, Michele Perna, Lester Sandles, Aayush Saxena, Katherine A. Suess, Fengwu Sun, Michael W. Topping, Imaan E. B. Wallace and Lily Whitler, 8 December 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04568