Ексклузивно Астронавтът Майкъл Лопес-Алегрия с лекция във Физическия факултет

"Джеймс Уеб" наблюдава космическата зора на Вселената

Ваня Милева Последна промяна на 22 юни 2023 в 00:01 13592 0

Това неподвижно изображение показва хронологията от Големия взрив вдясно до настоящето вляво. В средата е периодът на рейонизация, когато първоначалните мехурчета са предизвикали космическата зора

Кредит NASA SVS

Това неподвижно изображение показва хронологията от Големия взрив вдясно до настоящето вляво. В средата е периодът на рейонизация, когато първоначалните мехурчета са предизвикали космическата зора.

Космическият телескоп "Джеймс Уеб" (JWST) продължава да разширява границите на астрономията и космологията - работата, за която е създаден. Замислен за пръв път през 90-те години на ХХ век, а разработването му започва около десетилетие по-късно, този телескоп от следващо поколение има за цел да продължи там, където Спицър и забележителният космически телескоп Хъбъл са спрели - да изследва инфрачервената Вселена и да погледне по-назад във времето от всякога. Една от главните цели на "Джеймс Уеб" е да наблюдава галактики с високо червено отместване (high-Z), които са се образували по време на Космическата зора.

Този период се отнася до Епохата на рейонизация, когато първите галактики са излъчвали големи количества ултравиолетови (UV) фотони, които са йонизирали неутралния водород, съставляващ междугалактичната среда, причинявайки прозрачността на Вселената. Най-добрият начин за измерване на нивото на звездообразуване е емисионната линия H-alpha, която се вижда в средния инфрачервен спектър за галактики с голямо червено отместване. Използвайки данни от инструмента за средни инфрачервени лъчи (MIRI), международен екип от изследователи за първи път успя да получи яснота за линията H-alpha и да наблюдава галактики със стойности на червено отместване, по-високи от седем (z>7).

Червено отместване

Астрономите определят разстоянието до обектите във Вселената чрез тяхното "червено отместване". По същество това е измерване на това как разширяването на Вселената е разтеглило дължината на вълната на светлината, идваща от отдалечени обекти.

По принцип това е подобно на ефекта на Доплер, който чувате, когато минава линейка. Когато линейката се отдалечава, сирената понижава височината на тона си.

В астрономията по-големите червени премествания означават, че даден обект е по-далеч, тъй като това означава, че дължината на вълната на светлината се е разтегнала повече от разширяването на Вселената.

Епохата на рейонизация и първите галактики във Вселената. Кредит: Durrive & Langer (2014)

Изследването е ръководено от Пиерлуиджи Риналди (Pierluigi Rinaldi), докторант в Астрономическия институт "Каптейн", посветил се на изучаването на галактики с голямо червено отместване и на формирането и еволюцията на галактиките. Както той и колегите му обясняват в статията си, изучаването на галактики с високи средни червени отмествания от Епохата на рейонизация винаги е било голямо предизвикателство поради липсата на подходяща апаратура. В предишни изследвания астрономите са разчитали на друга спектрална линия, известна като Лайман-алфа, при която неутралният водород е ударен от фотон и се повишава до следващото енергийно ниво.

Прекъсване на Лайман Прекъсването на Лайман представлява абсорбционна линия, дължаща се на разсейване на неутрален водороден газ. Чрез сравняване на положението на линията на прекъсване на Лайман (червената линия на изображението в горната част) с линия в лаборатория (т. е. в покой) може да се получи червеното отместване, а оттам и разстоянието.

Така Епохата на рейонизацията представлява период на повторна рейонизация, при който високоенергийните фотони избиват електрони от неутралните водородни атоми. Рейонизацията е предшествана от "Тъмните векове", а след това идва сегашната "Ера на материята". В случая на неутрален водороден атом минималната енергия съответства на границата на Лайман, при която цялата енергия на фотона се изразходва за отделяне на електрон от атома, в резултат на което се образуват свободен протон и свободен електрон. Теодор Лайман наблюдава, че атомният водород поглъща светлина само при определени честоти, поради което една от сериите водородни линии н се нарича серия на Лайман.  Кредит: Wikimedia Commons

Тази линия обаче е или много слаба, или не присъства в галактиките, датирани от епохата на рейонизацията, тъй като тази спектрална линия е погълната от неутралния водород в междугалактичната среда.

Ето защо астрономите търсят емисионната линия H-alpha (H-a), която се появява в червената част на спектъра, когато електронът се движи между втора и трета орбита. Линията H-a не се влияе от непрозрачността на междугалактичната среда и по този начин позволява на астрономите да изучават звездообразуването в тези ранни галактики. Както заявява Риналди пред Universe Today чрез директно съобщение, това вече е възможно с помощта на инструментите на "Джеймс Уеб" :

"За да наблюдаваме емисионната линия Ha при z ~ 7, което съответства на приблизително 700 милиона години след Големия взрив, се нуждаем от инструменти, способни да наблюдават вълни с дължина около 5,6 микрона (средни инфрачервени вълни). Досега, с изключение на Спицър, възможностите за постигане на това са били ограничени. Например космическият телескоп Хъбъл не разполага с тази възможност. Спицър можеше да ни помогне, но пространствената разделителна способност на този космически телескоп далеч не беше добра за тази цел. Сега обаче JWST ни дава възможност да изпълним тази задача. По-специално, инструментът MIRI (ни предоставя уникалната възможност да търсим H-alpha излъчватели при много високи червени отмествания."

Ригули и колегите му първо търсят индикации за емисионни линии, анализирайки по-чувствителните изображения, получени от камерата за близък инфрачервен спектър (NIRCam) на "Джеймс Уеб". След това те анализират свръхдълбоки изображения на тези предварително подбрани галактики при по-дълги дължини на вълните с MIRI, които са придобити по време на периода на наблюдение с гарантирано време (GTO), предоставен на ЕКА. Изследователите са използвали и допълнителни данни от Hubble eXtreme Deep Field (XDF), което преди това е било най-дълбокото изображение на Вселената, правено някога.

Хъбъл eXtreme Deep Field (XDF) съчетава наблюденията на Хъбъл, проведени в продължение на цяло десетилетие на малък участък от небето в съзвездието Форнакс. Кредит: NASA/ESA/G. Illingworth, D. Magee, and P. Oesch (UCSC)/R. Bouwens (Leiden University)/HUDF09 Team

Въз основа на своя анализ те откриват няколко много ярки източника (5,6 микрона), което показва, че в наблюдаваните галактики е налице много ярка емисионна линия H-alpha. Както обяснява Риналди:

"За да потвърдим, че наистина наблюдаваме H-a излъчване, използвахме фотометрични техники, които ни позволиха да изолираме галактики, показващи "излишък" в своята фотометрия. Ако приемем, че тези галактики са на правилното разстояние (т.е. червено отместване), получихме потоците на H-a излъчването. Чрез провеждане на последващи спектроскопски наблюдения успяхме да проверим червеното отместване на нашите източници. Следователно първоначалните ни оценки относно червеното им преместване бяха точни благодарение на отличното покритие на дължините на вълните, налично в дълбокото поле на "Хъбъл"."

Астрономите се надяват да предприемат последващи действия, като наблюдават същите галактики с помощта на набора от спектрометри на "Джеймс Уеб", за да научат повече за формата на емисионните линии на галактиките. Тези данни биха могли да разкрият повече за газовия поток в тези ранни галактики и за динамиката на звездообразуването.

Но в момента екипът се надява да продължи да работи по тези вълнуващи открития и да види какви последици ще има първото в историята откриване на галактики в Космическата зора.

"Сегашният ни фокус е да разберем ролята на тези H-a излъчватели в контекста на Епохата на рейонизацията, която се отнася до момента, в който първите галактики са започнали да се появяват и да рейонизират Вселената", отбелязва Риналди. "В момента работим активно по този проект и се надяваме съвсем скоро да публикуваме интересни резултати!"

Справка: MIDIS: Strong (Hβ+[O III]) and Hα emitters at redshift z ≃ 7 − 8 unveiled with JWST/NIRCam and MIRI imaging
in the Hubble eXtreme Deep Field (XDF)
P. Rinaldi et al https://arxiv.org/pdf/2301.10717.pdf , прието за публикуване в The Astrophysical Journal

Източник: JWST Glimpses the Cosmic Dawn of the Universe, Universe Today

Най-важното
Всички новини
За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !