Viens no astronomijas pamatjautājumiem: kā radās pirmās zvaigznes un galaktikas? NASA Džeimsa Veba kosmiskais teleskops sniedz jaunu ieskatu šajā jautājumā. Viena no lielākajām programmām Webb pirmajā zinātnes gadā ir JWST Advanced Deep Extragalactic Survey jeb JADES, kas aptuveni 32 dienas teleskopa laikā veltīs vāju, tālu galaktiku noteikšanai un raksturošanai. Kamēr dati joprojām tiek saņemti, JADES jau ir atklājis simtiem galaktiku, kas pastāvēja laikā, kad Visums bija mazāks par 600 miljoniem gadu. Komanda arī identificēja galaktikas, kas ir pilnas ar daudzām karstām jaunām zvaigznēm.
Šie rezultāti ir ziņoti Amerikas Astronomijas biedrības 242. sanāksme Albukerkā, Ņūmeksikā.
“Ar JADES mēs vēlamies atbildēt uz daudziem jautājumiem, piemēram: kā pirmās galaktikas savāca sevi? Cik ātri veidojās zvaigznes? Kāpēc dažas galaktikas pārstāj veidot zvaigznes?” sacīja Mārsija Rikija no Arizonas Universitātes Tuksonā, JADES programmas līdzvadītāja.
zvaigžņu rūpnīcas
Raiens Endslijs no Teksasas Universitātes Ostinā vadīja galaktiku izpēti, kas pastāvēja no 500 līdz 850 miljoniem gadu pēc Lielā sprādziena. Šis bija izšķirošs laiks, kas pazīstams kā reionizācijas laikmets. Simtiem miljonu gadu pēc Lielā sprādziena Visums bija piepildīts ar gāzveida dūmaku, kas padarīja to necaurredzamu enerģētiskajai gaismai. Miljards gadu pēc Lielā sprādziena dūmaka noskaidrojās un Visums kļuva caurspīdīgs, un šo procesu sauc par rejonizāciju. Zinātnieki ir apsprieduši, vai aktīvie supermasīvie melnie caurumi vai galaktikas, kas pilnas ar karstām jaunām zvaigznēm, ir galvenais rejonizācijas cēlonis.
Programmas JADES ietvaros Endslijs un viņa kolēģi pētīja šīs galaktikas, izmantojot Veba NIRSpec (Tuvo infrasarkano staru spektrometru) instrumentu, lai meklētu zvaigžņu veidošanās pazīmes, un viņi tos atrod pārpilnībā. “Gandrīz katra mūsu atklātā galaktika parāda šos ārkārtīgi spēcīgos emisijas līniju signālus, kas liecina par intensīvu neseno zvaigžņu veidošanos. Šīs agrīnās galaktikas ļoti labi veidoja masīvas karstas zvaigznes,” sacīja Endslijs.
Šīs masīvās, spožās zvaigznes izsūknē ultravioletās gaismas straumes, kas, jonizējot atomus, ir padarījušas apkārtējo gāzi no necaurspīdīgas par caurspīdīgu, noņemot elektronus no to kodoliem. Tā kā šajās agrīnajās galaktikās bija tik daudz karstu, masīvu zvaigžņu, tās varēja būt galvenie reionizācijas procesa virzītāji. Sekojošā elektronu un kodolu rekombinācija rada raksturīgi spēcīgas emisijas līnijas.
Endslijs un kolēģi arī atrada pierādījumus, ka šajās jaunajās galaktikās notika straujas zvaigžņu veidošanās periodi, kas mijas ar klusiem periodiem, kad veidojās mazāk zvaigžņu. Šie uzliesmojumi un iniciācijas varēja notikt, kad galaktikas satvēra gāzveida izejmateriālus, kas nepieciešami zvaigžņu veidošanai. Alternatīvi, tā kā masīvas zvaigznes ātri eksplodē, tās var periodiski ievadīt enerģiju apkārtējā vidē, neļaujot gāzei kondensēties, veidojot jaunas zvaigznes.
Atklāts agrīnais Visums
Vēl viena JADES programmas sastāvdaļa ietver senāko galaktiku meklēšanu, kas pastāvēja laikā, kad Visums bija mazāks par 400 miljoniem gadu. Pētot šīs galaktikas, astronomi var izpētīt, kā zvaigžņu veidošanās pirmajos gados pēc Lielā sprādziena atšķīrās no tā, ko mēs redzam mūsdienās. Gaisma no tālām galaktikām tiek izstiepta līdz garākiem viļņu garumiem un sarkanākām krāsām, pateicoties Visuma paplašināšanai – parādību sauc par sarkano nobīdi. Mērot galaktikas sarkano nobīdi, astronomi var uzzināt, cik tālu galaktika atrodas un līdz ar to, cik ilgi tā pastāvēja agrīnajā Visumā. Pirms Veba tika novēroti tikai daži desmiti galaktiku virs sarkanās nobīdes 8, kad Visums bija mazāks par 650 miljoniem gadu, bet JADES tagad ir atklājis gandrīz tūkstoti no šīm ārkārtīgi attālajām galaktikām.
Zelta standarts sarkanās nobīdes noteikšanai ietver galaktikas spektra apskati, kas mēra tās spilgtumu neskaitāmos cieši izvietotos viļņu garumos. Bet labu tuvinājumu var noteikt, fotografējot galaktiku, izmantojot filtrus, kas katrs aptver šauru krāsu diapazonu tikai dažiem spilgtuma mērījumiem. Tādā veidā pētnieki var noteikt attāluma aprēķinus vairākiem tūkstošiem galaktiku vienlaikus.
Kevins Hainlins no Arizonas universitātes Tuksonā un kolēģi izmantoja Veba NIRCam (tuvās infrasarkanās kameras) instrumentu, lai veiktu šos mērījumus, ko sauc par fotonisko sarkano nobīdi, un identificēja vairāk nekā 700 galaktikas kandidātu, kas pastāvēja laikā, kad Visums bija no 370 līdz 650 miljoniem gadu vecs. .. gadā. Šo galaktiku milzīgais skaits pārsniedza cerības no novērojumiem, kas veikti pirms Veba palaišanas. Observatorijas ievērojamā izšķirtspēja un jutība ļauj astronomiem iegūt labāku priekšstatu par šīm tālajām galaktikām nekā jebkad agrāk.
“Iepriekš pirmās galaktikas, ko varējām redzēt, šķita kā mazi traipi,” sacīja Heinleins. “Tomēr šie traipi attēlo miljoniem vai pat miljardu zvaigžņu agrīnajā Visumā.” “Tagad mēs varam redzēt, ka daži no tiem faktiski ir paplašināti objekti ar redzamu struktūru. Mēs varam redzēt zvaigžņu kopas, kas dzimušas tikai dažus simtus miljonus gadu pēc laika sākuma.”
“Mēs atklājam, ka zvaigžņu veidošanās agrīnajā Visumā ir daudz sarežģītāka, nekā mēs domājām,” piebilda Rike.
