NASA Webb досягає нової віхи в пошуках далеких галактик

Міжнародна група астрономів використала дані космічного телескопа Джеймса Вебба NASA, щоб повідомити про відкриття найдавніших підтверджених на сьогодні галактик. Світлу від цих галактик знадобилося понад 13,4 мільярда років, щоб досягти нас, оскільки ці галактики датуються менш ніж 400 мільйонами років після Великого вибуху, коли вік Всесвіту становив лише 2% від свого поточного віку.

Попередні дані Вебба забезпечили кандидатів у такі новонароджені галактики. Тепер ці цілі були підтверджені шляхом отримання спектроскопічних спостережень , що виявляють характерні та характерні візерунки у відбитках світла, що надходить від цих неймовірно слабких галактик.

«Було вкрай важливо довести, що ці галактики справді населяють ранній Всесвіт. Цілком можливо, що ближчі галактики маскуються під дуже далекі галактики», — сказала астроном і співавтор Емма Кертіс-Лейк з Університету Хартфордширу в США. Королівство. «Побачити спектр, виявлений, як ми сподівалися, підтверджуючи, що ці галактики знаходяться на справжньому краю нашого огляду, дещо далі, ніж міг бачити Хаббл! Це надзвичайно захоплююче досягнення для місії».

Спостереження стали результатом співпраці вчених, які очолили розробку двох інструментів на борту Webb, камери ближнього інфрачервоного діапазону (NIRCam) і спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec).

Дослідження найслабших і найдавніших галактик було головною мотивацією концепції цих інструментів. У 2015 році групи приладів об’єдналися, щоб запропонувати JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), амбітну програму, на яку було виділено трохи більше одного місяця часу роботи телескопа протягом двох років, і призначена для надання огляду раннього Всесвіту. безпрецедентний як за глибиною, так і за детальністю.

JADES — це міжнародна співпраця понад вісімдесяти астрономів із десяти країн. «Ці результати є кульмінацією того, чому команди NIRCam і NIRSpec об’єдналися, щоб виконати цю програму спостережень», — поділилася співавтор Марсія Ріке, головний дослідник NIRCam з Університету Арізони в Тусоні.

Перший раунд спостережень JADES був зосереджений на області всередині та навколо надглибокого поля космічного телескопа Хаббла. Понад 20 років ця маленька ділянка неба була ціллю майже всіх великих телескопів, створюючи винятково чутливий набір даних, що охоплює весь електромагнітний спектр. Тепер Webb додає свій унікальний вид, забезпечуючи найяскравіші та найчіткіші зображення, які були отримані.

Програма JADES почалася з NIRCam, використовуючи понад 10 днів місії для спостереження за полем у дев’яти різних інфрачервоних кольорах і створення вишуканих зображень неба. Область у 15 разів більша за найглибші інфрачервоні зображення, створені космічним телескопом Хаббла, але вона навіть глибша та чіткіша на цих довжинах хвиль. Зображення такого розміру, як людина, якщо дивитися з відстані милі. Однак він кишить майже 100 000 галактик, кожна з яких потрапила в певний момент своєї історії, мільярди років у минулому.

«Ми вперше виявили галактики лише через 350 мільйонів років після Великого вибуху, і ми можемо бути абсолютно впевнені в їхній фантастичній відстані», — поділився співавтор Брант Робертсон з Каліфорнійського університету в Санта-Круз, член Наукова команда NIRCam. «Знайти ці ранні галактики на таких приголомшливо красивих зображеннях — це особливий досвід».

На цих зображеннях галактики в ранньому Всесвіті можна відрізнити за характерним аспектом їх багатохвильових кольорів. Світло розтягується за довжиною хвилі, коли Всесвіт розширюється, і світло від цих наймолодших галактик розтягується до 14 разів.

Астрономи шукають слабкі галактики, видимі в інфрачервоному діапазоні, але світло яких раптово обривається на критичній довжині хвилі. Місце зрізу в спектрі кожної галактики зміщується розширенням Всесвіту. Команда JADES проаналізувала зображення Webb у пошуках цих відмінних кандидатів.

Потім вони використовували інструмент NIRSpec для одного періоду спостереження, який охоплював три дні, що складало 28 годин збору даних. Команда зібрала світло від 250 слабких галактик, що дозволило астрономам вивчити закономірності, закарбовані в спектрі атомами в кожній галактиці. Це дало точні вимірювання червоного зміщення кожної галактики та виявило властивості газу та зірок у цих галактиках.

«Це, безумовно, найслабкіші інфрачервоні спектри, які коли-небудь були отримані», — сказав астроном і співавтор Стефано Карніані з Scuola Normale Superiore в Італії. «Вони показують те, що ми сподівалися побачити: точне вимірювання граничної довжини хвилі світла через розсіювання міжгалактичного водню».

Чотири з досліджених галактик є особливо особливими, оскільки було виявлено, що вони належать до безпрецедентно ранньої епохи. Результати надали спектроскопічне підтвердження того, що ці чотири галактики знаходяться на червоному зміщенні понад 10, у тому числі дві на червоному зміщенні 13. Це відповідає часу, коли Всесвіту було приблизно 330 мільйонів років, що встановило новий рубіж у пошуку далеких галактик. Ці галактики надзвичайно тьмяні через велику віддаленість від нас. Тепер астрономи можуть досліджувати їх властивості завдяки винятковій чутливості Вебба.

Астроном і співавтор Сандро Такчелла з Кембриджського університету у Сполученому Королівстві пояснив: «Важко зрозуміти галактики, не розуміючи початкових періодів їхнього розвитку. Як і у випадку з людьми, багато чого з того, що відбувається пізніше, залежить від впливу ці ранні покоління зірок. Так багато запитань про галактики чекали трансформаційної можливості Вебба, і ми раді, що можемо взяти участь у розкритті цієї історії».

У 2023 році JADES продовжить детальне дослідження іншої області, зосередженої на культовому глибокому полі Хаббла, а потім повернеться до ультраглибокого поля для ще одного раунду глибоких зображень і спектроскопії. Ще багато кандидатів у цій галузі чекають на спектроскопічні дослідження, сотні годин додаткового часу вже схвалено.