Korzystając z danych uzyskanych przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, naukowcy z Uniwersytetu Missouri zidentyfikowali 300 nietypowych kandydatek na wczesne galaktyki.
 |
|
| Grafika przedstawiająca tajemnicze obiekty w Wszechświecie, które zidentyfikowali naukowcy z Uniwersytetu Missouri w swoich badaniach. Źródło: Bangzheng „Tom” Sun/University of Missouri |
W nowych badaniach naukowcy z Uniwersytetu Missouri zajrzeli w głąb Wszechświata i odkryli coś nieoczekiwanego. Korzystając z obrazów w podczerwieni wykonanych przez potężny Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), zidentyfikowali 300 obiektów jaśniejszych niż powinny być.
Te tajemnicze obiekty to kandydatki na galaktyki we wczesnym Wszechświecie, co oznacza, że mogą być bardzo wczesnymi galaktykami – powiedział Haojing Yan, profesor astronomii z College of Arts and Science na Uniwersytecie Missouri i współautor artykułu. Jeśli choć kilka z tych obiektów okaże się tym, czym się wydaje, nasze odkrycie może podważyć obecne teorie dotyczące powstawania galaktyk we wczesnym Wszechświecie – okresie, w którym zaczęły formować się pierwsze gwiazdy i galaktyki.
Ale identyfikacja obiektów w kosmosie nie dzieje się natychmiast. Wymaga starannego, krok po kroku, procesu, aby potwierdzić ich naturę, łączącego zaawansowaną technologię, szczegółową analizę i odrobinę kosmicznego detektywizmu.
Krok 1: Znalezienie pierwszych wskazówek
Naukowcy z Mizzou rozpoczęli prace od wykorzystania dwóch potężnych kamer podczerwieni JWST: kamery bliskiej podczerwieni i instrumentu średniej podczerwieni. Oba zostały zaprojektowane specjalnie do wykrywania światła z najodleglejszych miejsc w kosmosie, co jest kluczowe dla badań wczesnego Wszechświata.
Dlaczego podczerwień? Ponieważ im dalej znajduje się obiekt, tym dłużej jego światło pokonuje drogę, aby do nas dotrzeć.
Gdy światło z tych wczesnych galaktyk przemieszcza się w przestrzeni, rozciąga się od dłuższych fal – przechodząc od światła widzialnego do podczerwieni – powiedział Yan. To rozciąganie nazywa się przesunięciem ku czerwieni i pomaga nam ustalić, jak daleko te galaktyki się znajdują. Im większe przesunięcie ku czerwieni, tym dalej galaktyka znajduje się od Ziemi i tym bliżej początków Wszechświata.
Krok 2: Znikanie
Aby zidentyfikować każdą z 300 wczesnych kandydatek na galaktykę, naukowcy z Mizzou zastosowali sprawdzoną metodę zwaną techniką dropout (znikanie).
Wykrywa galaktyki o dużym przesunięciu ku czerwieni, poszukując obiektów, które pojawiają się w falach o barwie bardziej czerwonej, ale znikają w falach o barwie niebieskiej – co świadczy o tym, że ich światło przebyło ogromne odległości i czas – powiedział Bangzheng „Tom” Sun, doktorant współpracujący z Yanem i główny autor badań. To zjawisko wskazuje na istnienie “przerwy Lymana”, zjawiska spektralnego spowodowanego absorpcją promieniowania UV przez neutralny wodór. Wraz ze wzrostem przesunięcie ku czerwieni, sygnatura ta przesuwa się w kierunku fal o barwie bardziej czerwonej.
Krok 3: Oszacowanie szczegółów
Jak powiedział Yan, technika znikania pozwala zidentyfikować każdą z kandydatek na galaktykę, ale kolejnym krokiem jest sprawdzenie, czy mogą one mieć bardzo duże przesunięcie ku czerwieni.
Najlepiej byłoby to zrobić przy użyciu spektroskopii, czyli techniki rozpraszającej światło na różnych długościach fal, aby zidentyfikować sygnatury pozwalającej na dokładne określenie przesunięcia ku czerwieni – powiedział.
Jednak gdy pełne dane spektroskopowe są niedostępne, naukowcy mogą skorzystać z techniki zwanej dopasowaniem spektralnego rozkładu energii. Metoda ta dała Sunowi i Yanowi punkt odniesienia do oszacowania przesunięć ku czerwieni ich kandydatów na galaktyki – a także innych właściwości, takich jak wiek i masa.
W przeszłości naukowcy często uważali, że te niezwykle jasne obiekty nie są wczesnymi galaktykami, a czymś, co je naśladuje. Jednak na podstawie swoich ustaleń Sun i Yan uważają, że obiekty te zasługują na bliższe przyjrzenie się – i nie należy ich tak szybko wykluczać.
Nawet jeśli potwierdzi się, że tylko kilka z tych obiektów znajduje się we wczesnym Wszechświecie, zmuszą nas one do zmodyfikowania istniejących teorii dotyczących formowania się galaktyk – powiedział Yan.
Krok 4: Ostateczna odpowiedź
W końcowym teście wykorzystana zostanie spektroskopia – złoty standard – w celu potwierdzenia ustaleń zespołu.
Spektroskopia rozszczepia światło na różne długości fal, podobnie jak pryzmat rozszczepia światło na tęczę barw. Naukowcy wykorzystują tę technikę, aby odkryć unikalny odcisk palca galaktyki, który może im powiedzieć, jak stara jest galaktyka, jak powstała i z czego jest zbudowana.
Spektroskopia potwierdziła już, że jeden z naszych obiektów jest wczesną galaktyką – powiedział Sun. Ale sam ten obiekt nie wystarczy. Będziemy musieli przeprowadzić dodatkowe badania, aby z całą pewnością stwierdzić, czy obecne teorie są podważane.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
Czytaj też:
