Эрт ертөнц: Хамгийн алслагдсан галактик "JADES-GS-z14-0" нь галактик үүсэх загваруудыг сорьдог.  

14 оны 0-р сард хийсэн ажиглалт дээр үндэслэн JADES-GS-z2024-14.32 гэрэлтдэг галактикийн спектрийн шинжилгээ нь 13-ын улаан шилжилтийг илрүүлсэн нь түүнийг хамгийн алслагдсан галактик болгож байна (өмнөх хамгийн алслагдсан галактик нь улаан шилжилтийн үед JADES-GS-z0-13.2 байсан) z = 290). Энэ нь Их тэсрэлтээс хойш 1,600 сая жилийн дараа орчлон ертөнцийн эхэн үед үүссэн. Оддын гэрлийн асар их хэмжээ нь асар том бөгөөд 14 гэрлийн жилээс илүү хэмжээтэй байна гэсэн үг юм. Сансар огторгуйн үүрээр орчлон ертөнцийн эхэн үеийн ийм гэрэлтдэг, асар том, том галактик нь галактик үүсэх тухай одоогийн ойлголтыг үгүйсгэж байна. Орчлон ертөнцийн анхны одод бол тэг металл эсвэл маш бага металлтай Поп III одод байв. Гэсэн хэдий ч JADES-GS-z0-290 галактикийн хэт улаан туяаны шинж чанарыг судлахад хүчилтөрөгч байгаа нь тогтоогдсон бөгөөд энэ нь асар том оддын үеийн үеийнхний амьдралын замналыг эхэн үед XNUMX сая жилийн дараа төрөхөөс эхлээд хэт шинэ одны дэлбэрэлт хүртэл дуусгасан гэсэн үг юм. Тиймээс энэ галактикийн шинж чанарууд нь орчлон ертөнцийн эхэн үеийн галактик үүсэх тухай одоогийн ойлголттой зөрчилдөж байна.   

Их тэсрэлтээс хойш 380,000 жилийн дараа орчлон ертөнц ионжсон хийгээр дүүрсэн бөгөөд чөлөөт электронууд фотонуудын тархалтаас болж бүрэн тунгалаг байсан. Үүний дараа 400 сая жилийн турш үргэлжилсэн эхэн үеийн орчлон ертөнцийн төвийг сахисан эрин үе иржээ. Энэ эрин үед орчлон ертөнц төвийг сахисан, тунгалаг байсан. Орчлон ертөнц тунгалаг болсны дараа анхны гэрэл гарч ирсэн бөгөөд тэлэлтийн улмаас улаан болж богино долгионы муж руу шилжсэн бөгөөд одоо Сансрын богино долгионы дэвсгэр (CMB) гэж ажиглагдаж байна. Орчлон ертөнц саармаг хийгээр дүүрсэн тул ямар ч оптик дохио ялгардаггүй (тиймээс харанхуй үе гэж нэрлэдэг). Ионжуулсан материал нь гэрэл ялгаруулдаггүй тул төвийг сахисан эрин үеийн эхэн ертөнцийг судлахад хүндрэлтэй байдаг. Гэсэн хэдий ч параллель эргэлтээс илүү тогтвортой эсрэг параллель эргэлт рүү хэт нарийн шилжилтийн улмаас энэ эрин үед хүйтэн, төвийг сахисан сансрын устөрөгчөөс ялгардаг 21 см долгионы урттай (1420 МГц-тэй тохирч) богино долгионы цацраг нь одон орон судлаачдад боломж олгодог. Энэхүү 21 см-ийн богино долгионы цацраг нь дэлхийд хүрэхэд улаанаар шилжиж, 200 МГц-ээс 10 МГц давтамжид радио долгион хэлбэрээр ажиглагдах болно. The Хүрч очих (Сансрын устөрөгчийн шинжилгээнд зориулсан радио туршилт) Туршилт нь сансар огторгуйн устөрөгчөөс 21 см урт шугамыг илрүүлэх зорилготой.  

Дахин иончлолын эрин үе бол Их тэсрэлтийн дараах 400 сая жилээс 1 тэрбум жил хүртэл үргэлжилсэн эртний ертөнцийн түүхэн дэх дараагийн эрин үе юм. Эртний хүчирхэг оддын хэт ягаан туяанаас ялгарах өндөр энергийн улмаас хий дахин ионжсон. Энэ эрин үеэс галактик, квазарууд үүсч эхэлсэн. Энэ эриний гэрлүүд улаан болон хэт улаан туяаны муж руу шилждэг. Хаблийн гүний хээрийн судалгаа нь орчлон ертөнцийн эхэн үеийн судалгааны шинэ эхлэл байсан ч анхдагч гэрлийг авах хүрээ хязгаарлагдмал байв. Сансарт суурилсан хэт улаан туяаны ажиглалтын газар хэрэгтэй байв. JWST нь хэт улаан туяаны одон орон судлалын чиглэлээр мэргэшсэн эрт орчлон ертөнцийг судлах. 

James Webb сансрын дуран (JWST) 25 оны 2021-р сарын 2-нд хөөргөсөн. Дараа нь tt нь дэлхийгээс 1.5 сая км зайд орших Нар-Дэлхийн L2022 Лагранжийн цэгийн ойролцоо тойрог замд байрлуулсан. Энэ нь XNUMX оны XNUMX-р сард бүрэн ашиглалтад орсон. NIRCam (Infrared Camera), NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), MIRI (Mid-Infrared Instrument) зэрэг шинжлэх ухааны гол хэрэгслүүдийг ашиглан JWST нь эртний одод болон галактикуудын оптик/хэт улаан туяаны дохиог хайдаг. Галактикуудын үүсэл, хувьсал, од, гаригийн системийн үүсэлийг илүү сайн ойлгохын тулд орчлон ертөнцөд үүссэн. Сүүлийн хоёр жилд сансар огторгуйн үүрийг (өөрөөр хэлбэл анхны галактикууд үүссэн их тэсрэлтээс хойшхи эхний хэдэн зуун сая жилийн үе) хайгуулд гайхалтай үр дүнд хүрсэн.  

JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) хөтөлбөр 

Энэхүү хөтөлбөр нь GOODS-S ба GOODS-N гүний талбарт хэт улаан туяаны дүрслэл, спектроскопийн аргаар галактикийн хувьслыг улаан шилжилтийн өндөрөөс сансар огторгуйн үд дунд хүртэл судлах зорилготой юм.  

Эхний жилдээ JADES-ийн судлаачид их тэсрэлтээс хойшхи эхний 650 сая жилийн хугацаанд олон зуун нэр дэвшигч галактикуудтай таарчээ. 2023 оны эхээр тэд өгөгдлийн багцаасаа 14-ийн улаан шилжилттэй байгаа галактикийг олсон бөгөөд энэ нь маш алс холын галактик байх ёстой боловч маш тод гэрэлтэй байсан. Түүнчлэн ойр орчмынхоо улмаас өөр галактикийн нэг хэсэг бололтой. Тиймээс тэд 2023 оны 14-р сард энэ өсөлтийг ажиглав. Шинэ өгөгдөл нь улаан шилжилтийн XNUMX-ийг баталж байна. Улаан шилжилтийг хэмжих, насыг тодорхойлохын тулд спектр дэх Лайман-альфа завсарлагааны байршлыг тодорхойлоход энэ галактикийн спектр шаардлагатай байв. 

Лайман-альфа нь электронууд n=2-оос n=1 руу шилжих үед Лайманы цувралын устөрөгчийн спектрийн ялгаралтын шугам юм. Спектрийн Лайман-альфа задралын цэг нь ажиглагдсан долгионы урттай тохирч байна (λ_{ажигласан}). Улаан шилжилтийг (z) томъёоны дагуу тооцоолж болно z = (λ_{ажигласан} – λ_амрах) / λ_амрах 

JADES-GS-z14-0 галактик    

Үүний дагуу галактикийг 2024 оны 14.32-р сард NIRCam (Хэт улаан туяаны ойролцоо камер) болон NIRSpec (Хэт улаан туяаны ойрын спектрограф) ашиглан дахин ажиглав. Спектрийн шинжилгээ нь галактик 13-ын улаан шилжилттэй байсныг тодорхой нотлох баримтаар хангаж, түүнийг хамгийн алс холын галактик болгосон (өмнөх хамгийн алслагдсан галактикийн рекорд (JADES-GS-z0-13.2, z = 14-ийн улаан шилжилт)). Үүнийг JADES гэж нэрлэсэн. -GS-z0-13.5, 1,600 тэрбум гэрлийн жилийн зайд орших гэрэлт галактик нь 300 гаруй гэрлийн жилийн хэмжээтэй байсан нь залуу одод гэрэлтдэг байх ёстой гэсэн үг юм Их тэсрэлтээс хойш XNUMX сая жилийн дараа оршин тогтнож байгаа галактик нь одоо байгаа галактик үүсэх загварт тийм ч сайн тохирохгүй байна.  

Дэлгүүрт илүү олон гэнэтийн бэлэг байсан.  

Судлаачид MIRI (Mid-Infrared Instrument) ашиглан JADES-GS-z14-0-ийг илүү урт долгионы уртад илрүүлж чадсан. Энэ нь энэ галактикаас улаанаар шилжсэн, ойрын хэт улаан туяаны багажийн хүрээнээс гадуурх харагдахуйц гэрлийн цацрагийг авах гэсэн үг юм. Шинжилгээгээр ионжуулсан хүчилтөрөгч байгааг илрүүлсэн нь одны металлын өндөр чанарыг илтгэнэ. Энэ нь олон үеийн оддын амьдралын хэв маягийг аль хэдийн туулсан үед л боломжтой юм.  

Орчлон ертөнцийн анхны одод тэг металл эсвэл маш бага металлтай байдаг. Тэднийг Поп III одод буюу Популяци III од гэж нэрлэдэг. Бага металлын одод бол Поп II од юм. Залуу оддыг өндөр металлын агууламжтай, "Pop I stars" буюу нарны металлын од гэж нэрлэдэг. Харьцангуй өндөр 1.4% металлын агууламжтай нар бол сүүлийн үеийн од юм. Одон орон судлалд гелийээс хүнд аливаа элементийг металл гэж үздэг. Хүчилтөрөгч, азот гэх мэт химийн бус металлууд нь сансар судлалын хүрээнд металууд юм. Одууд суперновагийн үйл явдлын дараа үе болгонд металл баяждаг. Одод дахь металлын агууламж нэмэгдэж байгаа нь залуу насыг илтгэнэ.   

JADES-GS-z14-0 галактикийн насыг Их тэсрэлтээс хойш 300 сая жилээс бага гэж үзвэл энэ галактикийн одод нь металлын агууламжгүй Поп III одод байх ёстой. Гэсэн хэдий ч JWST-ийн MIRI нь хүчилтөрөгч байгааг олж мэдсэн.  

Дээрх ажиглалт, олдворуудаас харахад орчлон ертөнцийн анхны галактик JADES-GS-z14-0-ийн шинж чанарууд нь галактик үүсэх тухай өнөөгийн ойлголттой нийцэхгүй байна. Ийм шинж чанартай галактикийг Bing Bang-аас хойш 290 сая жилийн дараа яаж онох вэ? Ирээдүйд ийм олон галактикууд нээгдэж магадгүй юм. Сансар огторгуйн үүрийн гэгээн цагт янз бүрийн галактикууд байсан байж магадгүй. 

*** 

Ашигласан материал:  

1. Карниани, С. Et al. 2024. 14-ийн улаан шилжилттэй хоёр гэрэлтэгч галактикийн спектроскопийн баталгаа. Байгаль (2024). 24 оны 2024-р сарын XNUMX-нд нийтлэгдсэн. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . axRiv дээр урьдчилан хэвлэх. 28 оны 2024-р сарын XNUMX-нд оруулсан. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485  

2. Хелтон Ж.М. Et al 2024. JWST/MIRI оддын тасралтгүй 7.7 μм-ийн фотометрийн илрүүлэлт ба z>14-т галактик дахь мананцарын ялгаралт. axRiv дээр урьдчилан хэвлэх. 28 оны 2024-р сарын XNUMX-нд оруулсан. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462 

3. НАСА Жеймс Уэбб сансрын дуран. Анхны онцлох үйл явдлууд - НАСА-гийн Жеймс Уэбб сансрын дуран хамгийн алслагдсан галактикийг оллоо. 30 оны тавдугаар сарын 2024-нд нийтэлсэн https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy 

***