James Webb, Uzak Gökadaları Diğer Teleskoplardan 5-10 Kat Daha İyi Ölçüyor

Açık 25 Aralık 2021uzun yıllar bekledikten sonra, James Webb Uzay Teleskobu (JWST) nihayet uzaya fırlatıldı. Takip eden altıncı aylık dönemde, bu yeni nesil gözlemevi, güneşlikkonuşlandırdı öncelik ve ikincil aynalarhizaladı ayna parçalarıve şu anki konumuna uçtu Dünya-Güneş Lagrange 2 (L2) Noktası. 12 Temmuz 2022 tarihinde, ilk görüntüler yayınlandı ve Evrenin en ayrıntılı görünümleri sunuldu. Kısa bir süre sonra, NASA bir görüntü yayınladı. en uzak galaksi (Big Bang’den sadece 300 milyon yıl sonra var olan).

göre yeni çalışma Uluslararası bir bilim adamları ekibi tarafından, JWST, gökbilimcilerin erken galaksilerin doğru kütle ölçümlerini elde etmelerini sağlayacak. James Webb’in verilerini kullanma Yakın Kızılötesi Kamera (NIRCam) aracılığıyla sağlanan GLASS-JWST-Erken Yayın Bilimi (GLASS-ERT) programında, ekip, bazı uzak galaksilerden önceki ölçümlerden çok daha doğru olan kütle tahminleri elde etti. Bulguları, Webb’in Evrendeki en eski galaksilerin nasıl büyüdüğü ve geliştiğine dair anlayışımızda nasıl devrim yaratacağını gösteriyor.

Araştırma ekibi (Paola Santini liderliğindeki Roma Astronomik Gözlemevi) üyeler dahil Instituto Nationale di Astrophysica (INAF), İtalya’da ASTRO 3D işbirliği (Avustralya), Tayland Ulusal Astronomik Araştırma Enstitüsü (ARIT), Kavli Parçacık Astrofiziği ve Kozmoloji Enstitüsü (KIPAC), Kozmik Şafak Merkezi (ŞAFA), Niels Bohr Enstitüsü, Carnegie Bilim Enstitüsü, Kızılötesi İşleme ve Analiz Merkezi Caltech’te ve ABD, Avrupa, Avustralya ve Asya’daki üniversiteler ve enstitülerde.

Çalışmalarında belirttikleri gibi, yıldız kütlesi en önemli fiziksel özelliklerden biridir (eğer öyle 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, gökbilimciler için süregelen bir problem olmuştur. Tipik olarak, 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. Bugüne kadar yapılan çalışmalarda Hubble en uzak galaksilerden – gibi GN-z11Yaklaşık 13,5 milyar yıl önce oluşan – Ultraviyole (UV) spektrumu ile sınırlıydı.

Bunun nedeni, bu eski galaksilerden gelen ışığın bize ulaştığında önemli ölçüde kırmızıya kayma yaşamasıdır. Bu, ışığın uzay-zamanda seyahat ederken, kozmosun genişlemesi nedeniyle dalga boyunun uzadığı ve onu etkin bir şekilde spektrumun kırmızı ucuna kaydırdığı anlamına gelir. Kırmızıya kayma değeri (z) yedi veya daha yüksek olan – 13.46 ışıkyılı veya daha fazla mesafedeki – gökadalar için ışığın çoğu, yalnızca tayfın kızılötesi kısmında görülebildiği noktaya kaydırılacaktır. Santini’nin Universe Today’e e-posta yoluyla açıkladığı gibi:

“Gökadalardaki yıldızların çoğu, çoğunlukla yıldız kütlesine katkıda bulunanlar, optik-yakın kızılötesi (NIR) dalga boylarında yayarlar… [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 olduğunu ima ediyor (yıldızlarının büyük bir kısmı tarafından yayılan ışık, evrenin erişemeyeceği bir yerdedir). 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 galaksilerin 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 tarihlerinde 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 araştırmaların büyük tahminlerinden ve belirsizliklerinden kaçınmalarına izin verdi ve kütle ölçümlerinin doğruluğunu 5 ila 10 kat artırdı.

“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. 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 hassasiyet 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 ötegezegenden tayf elde etti ve bu, ötegezegen atmosferlerinin karakterizasyonuna nasıl yardımcı olacağını ve gerçekten “yaşanabilir” olup olmadıklarını belirleyeceğini gösterdi. Bu son çalışma, Evrendeki en eski galaksilerin özelliklerini, o zamandan beri nasıl evrimleştiklerini ve Karanlık Madde ile Karanlık Enerjinin oynayacağı olası rolü belirlemede de hayati bir rol oynayacağını gösteriyor.

Daha fazla okuma: arXiv

Leave a Reply

Your email address will not be published.