В течение первых двух недель первых выпусков с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) четыре статьи побили рекорды самых старых обнаруженных галактик . До этого самая старая известная галактика была обнаружена космическим телескопом Хаббла (галактика под названием GN-z11 , которая, как мы полагаем, существовала 13,4 миллиарда лет назад), но JWST обнаружил галактику, которая существовала 13,8 миллиарда лет назад, всего 300 миллионов лет после Большого Взрыва.
Помимо того, что это просто впечатляющая картина, это открытие может изменить само наше представление о Вселенной.
Когда мы смотрим на объекты, находящиеся далеко, мы не просто смотрим на большие расстояния — мы оглядываемся назад во времени. Когда что-то находится, скажем, в 1 световом году от нас, свету потребовался год, чтобы добраться до нас, поэтому мы видим объект таким, каким он был год назад. Если мы смотрим на что-то, что находится на расстоянии одного миллиона световых лет, мы видим это таким, каким оно было миллион лет назад; и если мы смотрим на что-то за миллиарды световых лет от нас, ну, вы уже это поняли.
Такие объекты существуют, и хотя мы не можем заглянуть в прошлое вплоть до самого Большого взрыва, мы можем подобраться к нему на удивление близко.
Астрономов интересуют самые старые и самые далекие галактики, потому что они дают представление о том, какими были ранние стадии Вселенной. Эти галактики образовались после так называемой эпохи реионизации — периода, который, как подозревают исследователи, имел место между 150 миллионами и 1 миллиардом лет после Большого взрыва — и они могут подтвердить (или опровергнуть) наши теории о том, как развивалась Вселенная. До сих пор у нас не было технологии, подходящей для этого, но здесь на помощь приходит JWST.
Эпоха реионизации
Реионизация — это один из двух основных фазовых переходов газа во Вселенной — по сути, это период, в течение которого Вселенная менялась ключевыми способами. Его название происходит от «иона», атома, имеющего электрический заряд, поэтому в атоме больше протонов, чем электронов, или наоборот.
После Большого взрыва смесь ионизированного материала (протонов и электронов) объединилась и образовала атомы водорода (гелий тоже присутствовал, но для простоты давайте сосредоточимся на водороде). Вселенная также расширилась и немного остыла, создавая температуры, при которых могли существовать атомы. Эти атомы были электрически нейтральны (не ионизированы), и по большей части сама Вселенная была нейтральной.
Этот период называется рекомбинацией, и до этой рекомбинации через Вселенную не мог протекать никакой видимый свет. Так что, по сути, мы не можем видеть ничего из более раннего периода, потому что Вселенная еще не стала прозрачной. Но вскоре после этого что-то (предположительно, ультрафиолетовое излучение ) ионизировало нейтральные атомы в результате рекомбинации.
Возможно, мы не сможем увидеть ничего из того, что было до рекомбинации, но самые старые галактики, которые мы можем наблюдать, должны появиться во времена, когда Вселенная повторно ионизировала атомы — Эпоха Реионизации (EoR) .
Таким образом, самые далекие и самые старые вещи, которые мы можем видеть, происходят из EoR, но как именно вы наблюдаете самые старые видимые объекты в космосе? Что ж, один из подходов состоит в том, чтобы искать фотоны реликтового излучения, которые были возмущены ионизацией, имевшей место при формировании первых галактик.
Другой способ — искать более старые галактики, которые также являются более далекими галактиками — и это то, что делает JWST.
Первые галактики
EoR имел еще одно последствие: он сделал звезды возможными. Первые звезды появились раньше первых галактик: так называемые звезды типа населения III — массивные горячие звезды, не содержащие ничего, кроме водорода и гелия. Для сравнения, наше Солнце — звезда населения I, в которой 1,3% элементов тяжелее водорода и гелия.
Эти древние звезды в какой-то момент умерли, они стали сверхновыми, оставив межгалактическую среду химически богатой более тяжелыми элементами, которые образовали первые галактики.
JWST обнаружил галактики, которые не только очень старые, но и удивительно массивные. Астрофизики считают, что у этих галактик раннего типа не было достаточно времени, чтобы стать массивными, но данные JWST говорят об обратном. Это уже говорит о том , что наши текущие модели могут быть не такими хорошими, как мы надеялись, а JWST только начинается.
Есть еще кое-что
На данный момент инструменты JWST наблюдают за галактиками, используя технику, называемую фотометрией, которая опирается на специальные фильтры, пропускающие свет только с некоторыми длинами волн. Ученые могут оценить фотометрическое красное смещение галактик, зная яркость объекта, чей отраженный или излучаемый свет проходит через фильтр.
Проблема в том, что фотометрия может дать только оценку красного смещения. Это не точный метод, если только фильтры не очень узкие, поэтому все еще есть шанс, что наблюдения JWST пока неточны.
Лучшее измерение красного смещения дает спектроскопия, которая является более точным, но и более трудоемким способом определения красного смещения. У JWST есть спектроскопические инструменты, которые подтвердят или опровергнут открытия, сделанные до сих пор, и еще неизвестно, подтвердят ли они первоначальные оценки (что означает, что наши текущие модели неверны) или опровергнут их (что означает, что у наших моделей все еще есть шанс). .
Во всяком случае, телескоп и его результаты уже приносят интересные новости астрономам, астрофизикам и космологам. Подобные наблюдения будут продолжать поступать благодаря мощным инструментам JWST.
#наука #космос #телескоп #большойвзрыв #jwst #джеймсуэбб #галактика #открытие #исследование #вселенная