Алгачкы аалам: Эң алыскы Галактика "JADES-GS-z14-0" Галактиканын пайда болуу моделдерин чакырат  

14-жылдын январь айында жүргүзүлгөн байкоолордун негизинде JADES-GS-z0-2024 жаркыраган галактикасынын спектралдык анализи 14.32 кызыл жылышты аныктады, бул аны эң алыскы галактикага айландырды (мурунку эң алыскы галактика белгилүү болгон JADES-GS-z13-0 кызыл жылышууда болгон. z = 13.2). Ал Биг Бенгден болжол менен 290 миллион жыл өткөндөн кийин алгачкы ааламда пайда болгон. Жылдыз жарыгынын көп болушу анын чоң экенин жана 1,600 жарык жылынан ашканын билдирет. Мындай жаркыраган, массалык жана чоң галактика космостук таңга маал алгачкы ааламдагы галактикалардын пайда болушунун азыркы түшүнүгүнө каршы келет. Ааламдагы биринчи жылдыздар нөл-металл же өтө төмөн металлдуу Pop III жылдыздары болгон. Бирок, JADES-GS-z14-0 галактикасынын инфракызыл касиеттерин изилдөө кычкылтектин бар экенин аныктайт, бул металлды байытуу дегенди билдирет, бул массалык жылдыздардын муундары төрөлгөндөн баштап супернованын жарылуусуна чейинки жашоо курстарын алгачкы ааламда болжол менен 290 миллион жылга аяктаганын билдирет. Ошентип, бул галактиканын касиеттери алгачкы ааламдагы галактикалардын пайда болушунун учурдагы түшүнүгүнө карама-каршы келет.   

Эң алгачкы аалам, Чоң жарылуудан болжол менен 380 000 жыл өткөндөн кийин, иондоштурулган газдар менен толуп, эркин электрондордун фотондор чачырашынан улам толугу менен тунук эмес болгон. Андан кийин болжол менен 400 миллион жылга созулган алгачкы ааламдын нейтралдуу доору келген. Бул доордо аалам нейтралдуу жана тунук болгон. Аалам тунук болгондо биринчи жарык пайда болгон, кеңейүүдөн улам кызыл түскө айланган жана азыр Космостук микротолкундуу фон (КМФ) катары байкалат. Аалам нейтралдуу газдар менен толуп кеткендиктен, оптикалык сигнал чыккан эмес (ошондуктан караңгы доор деп аталат). Иондоштурулбаган материалдар жарык чыгарбайт, ошондуктан нейтралдуу доордун алгачкы ааламын изилдөө кыйынга турат. Бирок, бул доордо муздак, нейтралдуу космостук суутек тарабынан параллелдүү спинден туруктуу антипараллель спинге өтө майда өтүүсүнөн улам чыгарылган 21 см толкун узундугундагы (1420 МГцге туура келген) микротолкундуу нурлануу астрономдорго мүмкүнчүлүктөрдү берет. Бул 21 см микротолкундуу нурлануу Жерге жеткенде кызылга жылып, 200 МГцтен 10 МГцге чейинки жыштыктарда радио толкундар катары байкалат. REACH (Космостук суутекти анализдөө боюнча радио эксперимент) эксперименти Космостук суутектен 21 см аралыктагы белгисиз сызыкты аныктоону көздөйт.

Реионизация доору алгачкы ааламдын тарыхындагы кийинки доор болгон, ал Чоң жарылуудан кийин болжол менен 400 миллион жылдан 1 миллиард жылга чейин созулган. Газдар күчтүү алгачкы жылдыздар чыгарган жогорку энергиялуу ультрафиолет нурланууларынын натыйжасында кайрадан иондоштурулган. Галактикалардын жана квазарлардын пайда болушу ушул доордо башталган. Бул доордун жарыктары кызылдан кызылга жана инфракызыл диапазондорго жылышкан. Хаблдын терең талаа изилдөөлөрү алгачкы ааламды изилдөөдө жаңы башталыш болгон, бирок анын алгачкы жарыктарды кармоо көлөмү чектелүү болгон. Космосто жайгашкан инфракызыл обсерватория керек болгон. JWST алгачкы ааламды изилдөө үчүн инфракызыл астрономияга гана адистешкен.

Джеймс Уэбб космостук телескобу (JWST ) 2021-жылдын 25-декабрында учурулган. Андан кийин, tt Жерден болжол менен 1.5 миллион км алыстыкта ​​​​жайгашкан Күн-Жер L2 Лагранж чекитинин жанындагы орбитага жайгаштырылган. Ал 2022-жылдын июль айында толук кандуу иштей баштаган. Борттогу NIRCam (Жакынкы инфракызыл камера), NIRSpec (Жакынкы инфракызыл спектрограф), MIRI (Орто инфракызыл аспап) сыяктуу негизги илимий аспаптарды колдонуп, JWST галактикалардын пайда болушун жана эволюциясын, ошондой эле жылдыздардын жана планетардык системалардын пайда болушун жакшыраак түшүнүү үчүн Ааламда пайда болгон алгачкы жылдыздардан жана галактикалардан оптикалык/инфракызыл сигналдарды издейт. Акыркы эки жылда ал космостук таңды (б.а., Чоң жарылуудан кийинки алгачкы бир нече жүз миллион жыл аралыгындагы алгачкы галактикалар пайда болгон мезгилди) изилдөөдө кызыктуу натыйжаларды берди.

JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) программасы 

Бул программа GOODS-S жана GOODS-N терең талааларында инфракызыл сүрөттөө жана спектроскопия жолу менен жогорку кызылга жылышуудан космостук түшкө чейин галактиканын эволюциясын изилдөөгө багытталган.  

Биринчи жылы JADES изилдөөчүлөрү чоң жарылуудан кийинки 650 миллион жылдан бери жүздөгөн талапкер галактикаларды көрүштү. 2023-жылдын башында алар өздөрүнүн маалымат топтомунан 14 кызыл нөөмөттө болуп көрүнгөн галактиканы табышты, бул өтө алыскы галактика болушу керек, бирок ал абдан жаркыраган. Ошондой эле, ал жакындыктан улам башка галактиканын бир бөлүгү болуп көрүнгөн. Демек, алар бул пайданы 2023-жылдын октябрь айында байкашкан. Жаңы маалыматтар анын 14 кызыл таймашта экенин колдоду. Бул галактиканын спектри кызыл жылууну өлчөө жана жашты аныктоо үчүн спектрдеги Лайман-альфа үзүлүшүнүн ордун аныктоо үчүн керек болчу. 

Лайман-альфа - бул Лайман катарындагы электрондор n=2ден n=1ге өткөндөгү суутектин спектрдик эмиссия сызыгы. Спектрдеги Лайман-альфа үзүлүү чекити байкалган толкун узундугуна туура келет (λ _{байкалган ). Кызыл жылышууну (z)} z = (λ _{байкалган} – λ _калган ) / λ _калган формуласы боюнча эсептөөгө болот.

JADES-GS-z14-0 галактика    

Демек, галактика 2024-жылдын январында NIRCam (Жакынкы Инфракызыл Камера) жана NIRSpec (Жакынкы Инфракызыл Спектрограф) аркылуу кайрадан байкалган. Спектралдык анализ галактиканын 14.32 кызыл жылышууда экенин ачык далилдеп, аны эң алыскы галактикага айландырды (мурдагы эң алыскы галактика рекорду (JADES-GS-z13-0, кызыл жылма z = 13.2). Ал JADES деп аталды. -GS-z14-0, 13.5 миллиард жарык жылы аралыкта жайгашкан жаркыраган галактика. Мындан тышкары, анын көлөмү 1,600 жарык жылынан ашкандыктан, анын жарыгынын булагы жаш жылдыздар болушу керек дегенди билдирет Чоң жарылуудан 300 миллион жылдан азыраак болгон галактикадан мындай касиеттерге ээ болушу күтүлбөйт.  

Дүкөндө дагы сюрприз бар болчу.  

Окумуштуулар JADES-GS-z14-0 MIRI (Mid-Infrared Instrument) жардамы менен узунураак толкун узундуктарында аныктай алышты. Бул галактикадан жакынкы инфракызыл аспаптар үчүн диапазондон чыгып кетүү үчүн кызылга жылган көрүнүүчү жарык диапазонунун эмиссияларын кармап алууну билдирген. Анализ иондоштурулган кычкылтектин бар экендигин аныктады, бул жылдыздын жогорку металлдуулугун билдирет. Бул жылдыздардын көптөгөн муундары өздөрүнүн жашоо курстарын башынан өткөргөндө гана мүмкүн болот.  

Ааламдагы биринчи жылдыздар нөл-металл же өтө төмөн металлга ээ. Алар Поп III жылдыздары же Популяция III жылдыздары деп аталат. Төмөн металл жылдыздар - Поп II жылдыздары. Жаш жылдыздар жогорку металл мазмунуна ээ жана "Pop I жылдыздары" же күн металл жылдыздары деп аталат. Салыштырмалуу жогорку 1.4% металлдуулугу менен Күн акыркы жылдыз. Астрономияда гелийден оор элементтердин баары металл деп эсептелет. Кычкылтек, азот жана башкалар сыяктуу химиялык эмес металлдар космологиялык контекстте металлдар болуп саналат. Жылдыздар супернова окуясынан кийин ар бир муун боюнча металл байытылат. Жылдыздардагы металлдын көбөйүшү жаш куракты көрсөтөт.   

JADES-GS-z14-0 галактикасынын жашы Чоң жарылуудан 300 миллион жылдан азыраак экенин эске алганда, бул галактикадагы жылдыздар нөл металлдан турган Поп III жылдыздары болушу керек. Бирок, JWST MIRI кычкылтектин бар экенин тапты.  

Жогорудагы байкоолорду жана ачылыштарды эске алуу менен, JADES-GS-z14-0 алгачкы аалам галактикасынын касиеттери галактикалардын пайда болушунун азыркы түшүнүгүнө туура келбейт. Мындай өзгөчөлүктөргө ээ галактика кантип Бин Бенгтен кийин 290 миллион жылдан кийин даталанышы мүмкүн? Келечекте мындай көптөгөн галактикалар табылышы мүмкүн. Балким, Космос таңында галактикалардын ар түрдүүлүгү болгон. 

*** 

Колдонулган адабияттар:  

1. Карниани, С. жана башкалар. 2024. 14 кызыл жылышуудагы эки жаркыраган галактиканын спектроскопиялык ырастоосу. Жаратылыш (2024). Жарыяланган 24 July 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . axRivде алдын ала басып чыгаруу. 28-жылдын 2024-майында берилген. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485  

2. Хелтон Дж.М. жана башкалар 2024. JWST/MIRI жылдыз континуумунун 7.7 мкм жана z>14 галактикадагы тумандык эмиссияда фотометрикалык аныктоо. axRivде алдын ала басып чыгаруу. 28-жылдын 2024-майында берилген. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462 

3. НАСА Джеймс Уэбб космостук телескобу. Алгачкы урунттуу окуялар – НАСАнын Джеймс Уэбб космостук телескобу эң алыскы галактиканы тапты. Жарыяланган 30 Май 2024. Жеткиликтүү https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy 

***