Spektraalanalise van ligsterrestelsel JADES-GS-z14-0 gebaseer op waarnemings wat in Januarie 2024 gemaak is, het 'n rooiverskuiwing van 14.32 aan die lig gebring wat dit die verste sterrestelsel bekend maak (vorige verste sterrestelsel bekend was JADES-GS-z13-0 by die rooiverskuiwing van z = 13.2). Dit is ongeveer 290 miljoen jaar na die Oerknal in die vroeë heelal gevorm. Die oorvloedige hoeveelheid sterlig impliseer dat dit massief is en meer as 1,600 14 ligjare groot is. So 'n lig, massiewe en groot sterrestelsel in die vroeë heelal teen kosmiese dagbreek weerstaan huidige begrip van sterrestelselvorming. Die eerste sterre in die heelal was Pop III-sterre met nulmetaal of uiters lae metaal. Studie van die infrarooi eienskappe van die JADES-GS-z0-290-sterrestelsel onthul die teenwoordigheid van suurstof wat beteken dat metaalverryking impliseer dat generasies massiewe sterre reeds hul lewenslope van geboorte tot supernova-ontploffing met ongeveer XNUMX miljoen jaar in die vroeë heelal voltooi het. Die eienskappe van hierdie sterrestelsel is dus in stryd met die huidige begrip van sterrestelselvorming in die vroeë heelal.
Die baie vroeë heelal, ongeveer 380,000 400 jaar ná die Oerknal, was gevul met geïoniseerde gasse en was heeltemal ondeursigtig as gevolg van verstrooiing van fotone deur die vrye elektrone. Dit is gevolg deur die neutrale tydperk van die vroeë heelal wat vir ongeveer 21 miljoen jaar geduur het. In hierdie tydperk was die heelal neutraal en deursigtig. Die eerste lig het na vore gekom toe die heelal deursigtig geword het, rooi geword het, verskuif na mikrogolfreeks as gevolg van uitbreiding, en word nou waargeneem as Kosmiese Mikrogolfagtergrond (CMB). Omdat die heelal met neutrale gasse gevul was, is geen optiese sein uitgestuur nie (dus genoem donker ouderdom). Ongeioniseerde materiale straal nie lig uit nie, daarom is dit moeilik om die vroeë heelal van neutrale epog te bestudeer. Mikrogolfstraling van 1420 cm golflengte (wat ooreenstem met 21 MHz) wat deur die koue, neutrale kosmiese waterstof gedurende hierdie epog uitgestraal word as gevolg van hiperfyn oorgang van parallelle spin na meer stabiele anti-parallelle spin bied egter geleenthede aan sterrekundiges. Hierdie 200 cm mikrogolfstraling sal rooiverskuif word wanneer die aarde bereik word en sal by 10MHz tot XNUMX MHz frekwensies as radiogolwe waargeneem word. Die BEREIK (Radio-eksperiment vir die ontleding van kosmiese waterstof) Eksperiment het ten doel om ontwykende 21 cm-lyn van kosmiese waterstof op te spoor.
Die epog van herionisasie was die volgende epog in die geskiedenis van die vroeë heelal wat van ongeveer 400 miljoen jaar na die Oerknal tot 1 miljard jaar geduur het. Die gasse het hergeïoniseer geword as gevolg van hoë-energie UV-straling wat deur die kragtige vroeë sterre uitgestraal is. Die vorming van sterrestelsels en kwasars het in hierdie tydperk begin. Die ligte van hierdie tydperk is rooi verskuif na rooi en infrarooi reekse. Huble diepveldstudies was 'n nuwe begin in die studie van die vroeë heelal, maar die omvang daarvan om oerligte vas te vang was beperk. ’n Infrarooi sterrewag wat in die ruimte gebaseer was, was nodig. JWST spesialiseer uitsluitlik in infrarooi sterrekunde te vroeë heelal bestudeer.
James Webb Space Telescope (JWST) is op 25 Desember 2021 gelanseer. Daarna is tt in ’n wentelbaan naby die Son–Aarde L2 Lagrange-punt sowat 1.5 miljoen km van die aarde af geplaas. Dit het ten volle in werking getree in Julie 2022. Met behulp van belangrike wetenskaplike instrumente aan boord soos NIRCam (naby-infrarooi kamera), NIRSpec (naby-infrarooi spektrograaf), MIRI (middel-infrarooi instrument), soek JWST vir optiese/infrarooi seine van die vroeë sterre en sterrestelsels gevorm in die Heelal vir 'n beter begrip van die vorming en evolusie van sterrestelsels en die vorming van sterre en planetêre stelsels. In die afgelope twee jaar het dit fassinerende resultate opgelewer in die verkenning van kosmiese dagbreek (dws die tydperk in die eerste paar honderd miljoen jaar na die oerknal waar die eerste sterrestelsels gebore is).
JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) program
Hierdie program het ten doel om sterrestelsel-evolusie van hoë rooiverskuiwing tot kosmiese middag deur middel van infrarooi beelding en spektroskopie in die GOODS-S en GOODS-N diep velde te bestudeer.
In die eerste jaar het die JADES-navorsers op honderde kandidaat-sterrestelsels van die eerste 650 miljoen jaar na die oerknal afgekom. Vroeg in 2023 het hulle 'n sterrestelsel in hul datastel gevind wat blykbaar op 'n rooi verskuiwing van 14 was, wat daarop dui dat dit 'n baie verre sterrestelsel moet wees, maar dit was baie helder. Dit het ook gelyk of dit deel van 'n ander sterrestelsel was weens die nabyheid. Gevolglik het hulle daardie toename in Oktober 2023 waargeneem. Die nuwe data het ondersteun dat dit by 'n rooi verskuiwing van 14 was. 'n Spektrum van hierdie sterrestelsel was nodig om die ligging van Lyman-alfa-breuk in die spektrum te identifiseer om die rooi verskuiwing te meet en ouderdom te bepaal.
Lyman-alfa is 'n spektrale emissielyn van waterstof in die Lyman-reeks wanneer elektrone van n=2 na n=1 oorgaan. Die punt van Lyman-alfa-breuk in die spektrum stem ooreen met die waargenome golflengte (λwaargeneem). Die rooi verskuiwing (z) kan volgens die formule bereken word z = (λwaargeneem – λres) / λres
JADES-GS-z14-0 sterrestelsel
Gevolglik is die sterrestelsel weer in Januarie 2024 waargeneem met behulp van NIRCam (Near Infrared Camera) en NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Spektraalanalise het duidelike bewyse gelewer dat die sterrestelsel 'n rooiverskuiwing van 14.32 was, wat dit die mees verste sterrestelsel bekend gemaak het (vorige mees verre sterrestelselrekord (JADES-GS-z13-0 by die rooiverskuiwing van z = 13.2). Dit is JADES genoem. -GS-z14-0, 'n ligte sterrestelsel op 'n afstand van 13.5 miljard ligjare. Verder was dit meer as 1,600 300 ligjare groot wat daarop dui dat jong sterre die bron van sy helderheid is baie massief wees Dit word nie verwag van 'n sterrestelsel wat minder as XNUMX miljoen jaar na die Oerknal bestaan nie. Dit pas nie goed in bestaande modelle van sterrestelselvorming nie.
Daar was meer verrassings in die vooruitsig.
Navorsers kon JADES-GS-z14-0 by langer golflengtes opspoor deur gebruik te maak van MIRI (Mid-Infrared Instrument). Dit het beteken om sigbare-ligreeksvrystellings van hierdie sterrestelsel vas te lê wat rooiverskuif is om buite bereik vir naby-infrarooi-instrumente te raak. Ontleding het die teenwoordigheid van geïoniseerde suurstof aan die lig gebring, wat 'n hoë stermetalisiteit impliseer. Dit is slegs moontlik wanneer baie generasies van sterre reeds hul lewensbane geleef het.
Die eerste sterre in die heelal het nulmetaal of uiters lae metaal. Hulle word Pop III-sterre of Populasie III-sterre genoem. Lae metaal sterre is Pop II sterre. Jong sterre het 'n hoë metaalinhoud en word "Pop I-sterre" of die sonmetaalsterre genoem. Met 'n relatiewe hoë 1.4% metaalagtigheid is die son 'n onlangse ster. In sterrekunde word enige element swaarder as helium as 'n metaal beskou. Chemiese nie-metale soos suurstof, stikstof ens is metale in kosmologiese konteks. Sterre word metaal verryk in elke generasie na supernova-gebeurtenis. Toenemende metaalinhoud in sterre dui op jonger ouderdom.
As die ouderdom van die sterrestelsel JADES-GS-z14-0 minder as 300 miljoen jaar ná die Oerknal in ag geneem word, behoort die sterre in hierdie sterrestelsel Pop III-sterre met geen metaalinhoud te wees nie. JWST se MIRI het egter die teenwoordigheid van suurstof gevind.
In die lig van bogenoemde waarnemings en bevindings, stem die eienskappe van die vroeë heelalsterrestelsel JADES-GS-z14-0 nie ooreen met die huidige begrip van sterrestelselvorming nie. Hoe kan 'n sterrestelsel met sulke kenmerke gedateer word na 290 miljoen jaar na die Bing Bang? Dit is moontlik dat baie sulke sterrestelsels in die toekoms ontdek kan word. Miskien het 'n verskeidenheid sterrestelsels by die Kosmiese Dagbreek bestaan.
***
Verwysings:
- Carniani, S., et al. 2024. Spektroskopiese bevestiging van twee ligsterrestelsels by 'n rooiverskuiwing van 14. Nature (2024). Gepubliseer 24 Julie 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Voordruk by axRiv. Ingedien 28 Mei 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485
- Helton JM, et al 2024. JWST/MIRI fotometriese opsporing by 7.7 μm van die sterkontinuum en newel-emissie in 'n sterrestelsel by z>14. Voordruk by axRiv. Ingedien 28 Mei 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462
- Die NASA James Webb-ruimteteleskoop. Vroeë hoogtepunte – NASA se James Webb-ruimteteleskoop vind die mees verre bekende sterrestelsel. Geplaas 30 Mei 2024. Beskikbaar by https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy
***
