Kredi: NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezi
25 Aralık 2021’de, yıllarca süren beklentinin ardından, James Webb Uzay Teleskobu (JWST) nihayet uzaya fırlatıldı. Takip eden altıncı aylık dönemde, bu önde gelen yeni nesil gözlemevi, Güneş Kalkanını açtı, birincil ve ikincil aynalarını yerleştirdi, ayna parçalarını hizaladı ve Dünya-Güneş Lagrange 2 (L2) Noktasındaki mevcut konumuna uçtu. 12 Temmuz 2022’de ilk görüntüler yayınlandı ve Evrenin en detaylı görünümleri sunuldu. Kısa süre sonra,[{” attribute=””>NASA released an image of the most distant galaxy ever observed (which existed just 300 million years after the Big Bang).
According to a new study by an international team of scientists, the JWST will allow astronomers to acquire accurate mass measurements of early galaxies. Using data from James Webb’s Near-Infrared Camera (NIRCam), which was provided through the GLASS-JWST-Early Release Science (GLASS-ERT) program, the team obtained mass estimates of some distant galaxies that were many times more accurate than previous measurements. Their findings illustrate how Webb will revolutionize our understanding of how the earliest galaxies in the Universe grew and evolved.
The research team (led by Paola Santini of the Astronomical Observatory of Rome) included members from the Instituto Nationale di Astrophysica (INAF) in Italy, the ASTRO 3D collaboration (Australia), the National Astronomical Research Institute of Thailand (ARIT), the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC), the Cosmic Dawn Center (DAWN), the Niels Bohr Institute, The Carnegie Institution for Science, the Infrared Processing and Analysis Center at Caltech, and universities and institutes in the U.S., Europe, Australia, and Asia.
Bilim adamlarının çalışmalarında belirttiği gibi, yıldız kütlesi en önemli fiziksel özelliklerden biridir (eğer değilse). en çoğu) galaksi oluşumunu ve evrimini anlamak için. Gaz ve tozun yeni yıldızlara dönüştürülmesi yoluyla sürekli olarak eklenen bir galaksideki toplam yıldız miktarını ölçer. Bu nedenle, bir galaksinin büyümesini izlemenin en doğrudan yoludur. Gökbilimciler, Evrendeki en eski gökadaların (13 milyar ışıkyılı uzaklıkta olan) gözlemlerini karşılaştırarak, gökadaların nasıl evrimleştiğini inceleyebilirler.
Ne yazık ki, bu erken galaksilerin doğru ölçümlerini elde etmek, astrofizikçiler için süregelen bir problem olmuştur. Genellikle, gökbilimciler, yıldız kütlelerini bir kaynağa göre hesaplamak yerine, bir galaksi tarafından üretilen ışığın, içindeki yıldızların toplam kütlesini tahmin etmek için kullanıldığı yerde kütle-ışık (M/L) oranı ölçümleri yapacaklardır. temel. tarafından bugüne kadar yapılan çalışmalarda[{” attribute=””>Hubble Space Telescope of the most distant galaxies – like GN-z11, which formed about 13.5 billion years ago – were limited to the Ultraviolet (UV) spectrum.
This is because the light from these ancient galaxies experiences significant redshift by the time it reaches us. This means that as the light travels through spacetime, its wavelength grows longer due to the expansion of the cosmos, effectively shifting it towards the red end of the spectrum. For galaxies whose redshift value (z) is seven or higher – at a distance of 13.46 light-years or more – much of the light will be shifted to the point where it is only visible in the infrared part of the spectrum. As Santini explained to Universe Today via email:
“The bulk of the stars in galaxies, those that mostly contribute to its stellar mass, emit at optical-near infrared (NIR) wavelengths… [B]y Işığın uzak bir galaksiden teleskoplarımıza ulaşması için gereken süre, yıldızların yaydığı ışık artık optik rejimde değildir. Örneğin az=7 galaksi için, başlangıçta 0,6 mikronda yayılan ışık, 4,8 mikron dalga boyunda teleskopumuza ulaşır. Kırmızıya kayma ne kadar yüksekse (yani galaksi ne kadar uzaksa), bu etki o kadar güçlüdür.”
“Bu, galaksi yıldız kütlelerini ölçmek için kızılötesi dedektörlere ihtiyacımız olduğu anlamına geliyor (yıldızlarının büyük bir kısmı tarafından yayılan ışık, Hubble uzay teleskobu). JWST’nin ortaya çıkmasından önce sahip olduğumuz tek IR teleskop, birkaç yıl önce görevden alınan Spitzer Uzay Teleskobu idi. Ancak 85 cm aynası JWST’nin 6,5 m aynası ile kıyaslanamaz. Uzak gökadaların çoğu da Spitzer’in erişemeyeceği bir yerdeydi: sınırlı duyarlılığı ve açısal çözünürlüğü nedeniyle, görüntülerinde tespit edilmediler (veya yüksek düzeyde gürültüden etkilenmediler).
Bir nesneden yayılan ışığı gözlemlenen kırmızıya kaydırılmış ışıkla karşılaştıran bir spektral diyagram. Evren genişledikçe, ışığı daha düşük frekanslara ya da spektrumun kırmızı kısmına doğru yayar. Kredi: NASA/ESA/C. Hıristiyan/Z. Levay (STScI)
Ayrıca, önceki araştırmalarda, toz bakımından zengin (ışığı gizleyen) ve UV tayfında soluk olan, özünde kırmızı olan büyük bir gökadanın gözden kaçırılması muhtemeldi. Sonuç olarak, erken Evren’in kozmik yıldız yıldız kütle yoğunluğuna ilişkin önceki tahminler, altı kata kadar sapma gösterebilir. Ancak gelişmiş kızılötesi araçları ve benzersiz hassasiyeti sayesinde JWST, Evrendeki en eski ve en sönük gökadaları incelemek için (Santini’nin dediği gibi) “yeni bir pencere” açmaya hazırlanıyor. Santini’nin ifade ettiği gibi, Webb galaktik kütlelerin en uzak mesafelere kadar olan ilk hassas ölçümlerini mümkün kılacaktır:
“Yıldız kütlesinin ölçülmesindeki tüm bu sınırlamalar nedeniyle, JWST’nin piyasaya sürülmesinden önce yaygın olarak kullanılan bir yaklaşım, UV ışığını dönüştürmekti (bu, kolayca ölçülebilir). YHT) ortalama bir kütle-UV ışık oranı varsayılarak bir yıldız kütlesi tahminine dönüştürülür. Kütle-ışık ilişkisi elimizdeki birkaç ve belirsiz ölçümle kalibre edildi ve yalnızca daha kolay gözlemlenen galaksi popülasyonlarını (genç, tozsuz galaksiler) temsil ediyordu. Bu nedenle yıldız kütlesi ölçümleri büyük belirsizliklere eğilimliydi (hem doğrudan ölçüldüğünde hem de UV ışığından çıkarıldığında daha da fazla).
Santini ve uluslararası araştırmacı ekibi, çalışmaları için, ilk gözlem setinin bir parçası olarak 28-29 Haziran 2022’de NIRCam tarafından elde edilen görüntülere güvendiler. Daha sonra, UV emisyonlarını ve kırmızıya kaydırılmış optik ışıklarını inceleyerek (kırmızıya kaymada 6,7’den 12,3’e değişen) 21 uzak gökadanın yıldız kütlesini ölçtüler. Santini’nin belirttiği gibi, bu onların geçmiş anketlerin büyük tahminlerinden ve belirsizliklerinden kaçınmalarına izin verdi ve kesinlik kütle ölçümlerinin 5 ila 10 katı.
“Yıldız kütlelerini (en mavi NIRCam bantlarıyla ölçülen) UV ışığıyla karşılaştırarak, M/L oranının tek bir ortalama değerle yaklaşık olmaktan çok uzak olduğunu bulduk” dedi. “Bunun yerine, belirli bir parlaklık için kabaca iki büyüklük sırasını kapsıyor. Fiziksel bir bakış açısından, bu bulgu, erken galaksilerin popülasyonunun büyük ölçüde heterojen olduğunu ve galaksilerin çok çeşitli fiziksel koşullar sergilediğini gösteriyor.”
James Webb Uzay Teleskobu tarafından çekilen ilk görüntü. NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu, bugüne kadar uzak Evrenin en derin ve en keskin kızılötesi görüntüsünü üretti. Webb’in İlk Derin Alanı olarak bilinen SMACS 0723 gökada kümesinin bu görüntüsü ayrıntılarla dolup taşıyor. Kredi: NASA, ESA, CSA ve STScI
Bu sonuçlar, James Webb’in en eski gözlemlerinden ortaya çıkan ve misyonun ne kadar önemli olacağını gösteren, giderek artan bir bilimsel çalışma koleksiyonunun parçasıdır. Bu durumda, galaksilerdeki yıldız kütlesinin daha sıkı bir şekilde sınırlandırılmış tahminlerini sunma yeteneği, kozmosu en büyük ve en uzun ölçeklerde (diğer bir deyişle kozmoloji) inceleyen gökbilimcilere büyük ölçüde yardımcı olacaktır. Santini dedi ki:
“En önemli çıkarım, galaksilerdeki kitlesel büyüme sürecine ilişkin önceki sonuçların önemli sistematiklerden etkilenebileceğidir. Çalışmamızda, örneğin, kozmik yıldız kütle yoğunluğunu etkileyen sistematik belirsizlik seviyesini değerlendiriyoruz. İkincisi, Evrendeki galaksilerin küresel büyümesini zamanın bir fonksiyonu olarak tanımlar. Erken dönemlerdeki değerlendirmesi, bir eserden diğerine büyük farklılıklara tabidir. Standart bir kütle-ışık varsayımından kaynaklanan sistematik belirsizliğin, ulaşmayı hedeflediğimiz kesinlik düzeyine kıyasla kesinlikle çok büyük, birkaç faktör kadar yüksek olabileceğini ve en azından kısmen açıklayabileceğini bulduk. literatür sonuçlarındaki uyumsuzluk.”
Şimdiye kadar Webb, yeni keşiflere yol açan kozmosun en net ve en ayrıntılı görüntülerini yakalayarak optik yeteneklerini gösterdi. Spektrometreleri uzak bir noktadan spektrum elde etti. ötegezegen, ötegezegen atmosferlerinin karakterizasyonuna nasıl yardımcı olacağını gösteren ve gerçekten “yaşanabilir” olup olmadıklarını belirleyen. Bu son çalışma, Evrendeki en eski galaksilerin özelliklerini, o zamandan beri nasıl evrimleştiklerini ve karanlık madde ve karanlık enerjinin olası rolünü belirlemede de kritik bir rol oynayacağını gösteriyor.
Orijinal olarak yayınlandı Bugün Evren.