Ulimwengu wa Mapema: Galaxy ya Mbali Zaidi “JADES-GS-z14-0″ Changamoto Miundo ya Uundaji ya Galaxy  

Uchanganuzi wa taharuki wa galaksi inayong'aa ya JADES-GS-z14-0 kulingana na uchunguzi uliofanywa mnamo Januari 2024 ulifichua mabadiliko nyekundu ya 14.32 ambayo yanaifanya kuwa galaksi ya mbali zaidi inayojulikana (galaksi iliyotangulia ya mbali zaidi inayojulikana ilikuwa JADES-GS-z13-0 kwenye sehemu nyekundu ya kushoto). ya z = 13.2). Iliundwa katika ulimwengu wa mapema kama miaka milioni 290 baada ya Big Bang. Kiasi kikubwa cha mwanga wa nyota inamaanisha kuwa ni kubwa na ina ukubwa wa zaidi ya miaka 1,600-mwanga. Galaxy inayong'aa, kubwa na kubwa katika ulimwengu wa mapema wakati wa alfajiri ya cosmic inapinga uelewaji wa sasa wa malezi ya galaji. Nyota za kwanza katika ulimwengu zilikuwa nyota za Pop III zenye chuma sifuri au chuma kidogo sana. Walakini, uchunguzi wa sifa za infrared za galaksi ya JADES-GS-z14-0 unaonyesha uwepo wa oksijeni ambayo inamaanisha uboreshaji wa metali ikimaanisha kuwa vizazi vya nyota kubwa tayari vilikuwa vimemaliza maisha yao kutoka kuzaliwa hadi mlipuko wa supernova kwa karibu miaka milioni 290 katika ulimwengu wa mapema. Kwa hivyo, sifa za gala hii zinapingana na uelewa wa sasa wa malezi ya gala katika ulimwengu wa mapema.   

Ulimwengu wa mapema sana, kwa takriban miaka 380,000 baada ya Mlipuko Mkubwa, ulijaa gesi zenye ioni na ulikuwa usio wazi kabisa kwa sababu ya kutawanyika kwa fotoni na elektroni za bure. Hii ilifuatiwa na enzi ya kutoegemea upande wowote ya ulimwengu wa mapema ambayo ilidumu kwa takriban miaka milioni 400. Katika enzi hii, ulimwengu haukuwa na upande wowote na uwazi. Mwangaza wa kwanza uliibuka juu ya ulimwengu kuwa wazi, ukawa mwekundu ukabadilishwa hadi safu ya microwave kwa sababu ya upanuzi, na sasa unazingatiwa kama Usuli wa Microwave ya Cosmic (CMB). Kwa sababu ulimwengu ulijazwa na gesi zisizo na upande wowote, hakuna mawimbi ya macho yaliyotolewa (kwa hivyo inaitwa enzi ya giza). Nyenzo zisizo na ioni hazitoi mwanga hivyo basi ugumu wa kusoma ulimwengu wa awali wa enzi ya upande wowote. Hata hivyo, mionzi ya microwave ya urefu wa mawimbi ya sm 21 (inayolingana na 1420 MHz) inayotolewa na hidrojeni baridi, isiyo na upande wowote ya ulimwengu katika enzi hii kutokana na mpito wa hyperfine kutoka mzunguko sambamba hadi uimara zaidi wa mzunguko wa kupambana na sambamba hutoa fursa kwa wanaastronomia. Mionzi hii ya microwave ya sentimita 21 itabadilishwa kuwa nyekundu inapofika duniani na itazingatiwa katika masafa ya 200MHz hadi 10 MHz kama mawimbi ya redio. The Reach (Majaribio ya Redio kwa Uchambuzi wa Hydrojeni ya Cosmic) Majaribio yanalenga kugundua laini ya sentimita 21 kutoka kwa Cosmic Hydrojeni.  

Enzi ya ufufuo ilikuwa kipindi kilichofuata katika historia ya ulimwengu wa mapema ambacho kilidumu kutoka miaka milioni 400 baada ya Big Bang hadi miaka bilioni 1. Gesi hizo ziliwekwa tena ionized kutokana na nishati ya juu ya miale ya UV inayotolewa na nyota zenye nguvu za mapema. Uundaji wa galaksi na quasars ulianza katika enzi hii. Taa za enzi hii ni nyekundu zimebadilishwa kuelekea safu nyekundu na infrared. Masomo ya kina ya Huble yalikuwa mwanzo mpya katika utafiti wa ulimwengu wa mapema hata hivyo upeo wake katika kunasa taa za awali ulikuwa mdogo. Uchunguzi wa infrared kulingana na nafasi ulihitajika. JWST inataalamu pekee katika unajimu wa infrared kwa kujifunza ulimwengu wa mapema. 

Kitabu cha Jedwali cha James Webb Space (JWST) ilizinduliwa tarehe 25 Desemba 2021. Baadaye, tt iliwekwa katika obiti karibu na eneo la Sun-Earth L2 Lagrange karibu kilomita milioni 1.5 kutoka duniani. Ilianza kufanya kazi kikamilifu mnamo Julai 2022. Kwa kutumia ala muhimu za kisayansi kwenye ubao kama vile NIRCam (Near Infrared Camera), NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), MIRI (Mid-Infrared Ala), JWST hutafuta mawimbi ya macho/infrared kutoka kwenye nyota za mwanzo na galaksi. kuundwa katika Ulimwengu kwa ajili ya ufahamu bora wa malezi na mageuzi ya galaksi na malezi ya nyota na mifumo ya sayari. Katika miaka miwili iliyopita, imetoa matokeo ya kuvutia katika uchunguzi wa mapambazuko ya ulimwengu (yaani, kipindi cha miaka milioni mia chache baada ya mlipuko mkubwa ambapo galaksi za kwanza zilizaliwa).  

Mpango wa JWST wa Utafiti wa Kina wa ziada (JADES). 

Mpango huu unalenga kusoma mageuzi ya galaksi kutoka kwa mabadiliko ya juu ya rangi nyekundu hadi adhuhuri ya ulimwengu kwa njia ya kupiga picha ya infrared na spectroscopy katika nyanja za kina za GOODS-S na GOODS-N.  

Katika mwaka wa kwanza, watafiti wa JADES walipata mamia ya galaksi za watahiniwa kutoka miaka milioni 650 ya kwanza baada ya mlipuko mkubwa. Mapema mwaka wa 2023, walipata galaksi katika mkusanyiko wao wa data ambayo ilionekana kuwa katika zamu nyekundu ya 14 ikipendekeza hiyo lazima iwe galaksi iliyo mbali sana lakini ilikuwa inang'aa sana. Pia, ilionekana kuwa sehemu ya galaksi nyingine kutokana na ukaribu. Kwa hivyo, waliona faida hiyo mnamo Oktoba 2023. Data mpya ilithibitisha kuwa katika zamu nyekundu ya 14. Wigo wa galaksi hii ulihitajika ili kutambua eneo la mapumziko ya Lyman-alpha katika wigo ili kupima mabadiliko nyekundu na kuamua umri. 

Lyman-alpha ni laini ya utoaji wa hidrojeni katika mfululizo wa Lyman wakati mpito wa elektroni kutoka n=2 hadi n=1. Hatua ya mapumziko ya Lyman-alpha katika wigo inalingana na urefu uliozingatiwa (λ_aliona) Shift nyekundu (z) inaweza kuhesabiwa kulingana na fomula z = (λ_aliona - λ_wengine) / la_wengine 

galaksi ya JADES-GS-z14-0    

Ipasavyo, galaksi iliangaliwa tena mnamo Januari 2024 kwa kutumia NIRCam (Near Infrared Camera) na NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Uchanganuzi wa spekta ulitoa ushahidi wa wazi kwamba galaksi ilikuwa katika mwendo mwekundu wa 14.32, na kuifanya galaksi ya mbali zaidi inayojulikana (rekodi ya awali ya mbali zaidi ya galaksi (JADES-GS-z13-0 katika sehemu nyekundu ya z = 13.2). Iliitwa JADES -GS-z14-0, galaksi yenye mwanga kwa umbali wa miaka bilioni 13.5 ya nuru Zaidi ya hayo, ilikuwa na ukubwa wa zaidi ya miaka 1,600 ambayo ilipendekeza kuwa nyota changa ndizo chanzo cha mwangaza wake kuwa kubwa sana Haitarajiwi kwa galaksi iliyopo chini ya miaka milioni 300 baada ya Big Bang kuwa na sifa kama hizo.  

Kulikuwa na mshangao zaidi katika kuhifadhi.  

Watafiti waliweza kugundua JADES-GS-z14-0 kwa urefu wa mawimbi kwa kutumia MIRI (Ala ya Infrared ya Kati). Hii ilimaanisha kunasa utoaji wa masafa ya mwanga unaoonekana kutoka kwenye galaksi hii ambayo ilibadilishwa rangi nyekundu ili kuwa nje ya masafa kwa vyombo vya karibu vya infrared. Uchambuzi ulibaini uwepo wa oksijeni ya ioni ikimaanisha metali ya juu sana. Hii inawezekana tu wakati vizazi vingi vya nyota tayari vimeishi maisha yao.  

Nyota za kwanza katika ulimwengu zina chuma-sifuri au chuma kidogo sana. Wanaitwa nyota za Pop III au nyota za Population III. Nyota za chuma cha chini ni nyota za Pop II. Nyota changa zina maudhui ya juu ya chuma na huitwa "Nyota za Pop I" au nyota za chuma za jua. Kwa kiwango cha juu cha metali 1.4%, jua ni nyota ya hivi karibuni. Katika astronomy, kipengele chochote kizito kuliko heliamu kinachukuliwa kuwa chuma. Kemikali zisizo za metali kama vile oksijeni, nitrojeni n.k ni metali katika muktadha wa kikosmolojia. Nyota huboresha chuma katika kila kizazi kufuatia tukio la supernova. Kuongezeka kwa maudhui ya chuma katika nyota kunaonyesha umri mdogo.   

Kwa kuzingatia umri wa galaksi JADES-GS-z14-0 ni chini ya miaka milioni 300 baada ya Big Bang, nyota katika galaksi hii zinapaswa kuwa nyota za Pop III zenye maudhui ya metali sifuri. Walakini, MIRI ya JWST ilipata uwepo wa oksijeni.  

Kwa kuzingatia uchunguzi na matokeo yaliyo hapo juu, sifa za galaksi ya awali ya ulimwengu JADES-GS-z14-0 hailingani na uelewa wa sasa wa malezi ya galaksi. Je, galaksi yenye vipengele hivyo inawezaje kuhesabiwa kuwa ya miaka milioni 290 baada ya Bing Bang? Inawezekana kwamba galaksi nyingi kama hizo zinaweza kugunduliwa katika siku zijazo. Labda utofauti wa galaksi ulikuwepo kwenye Alfajiri ya Cosmic. 

*** 

Marejeo:  

1. Carniani, S., et al. 2024. Uthibitisho wa Spectroscopic wa galaksi mbili zinazong'aa kwa mwendo mwekundu wa 14. Nature (2024). Ilichapishwa tarehe 24 Julai 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Chapisha mapema kwa axRiv. Iliwasilishwa 28 Mei 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485  

2. Helton JM, et al 2024. Ugunduzi wa picha wa JWST/MIRI katika 7.7 μm ya mwendelezo wa nyota na utoaji wa nebular katika galaksi katika z>14. Chapisha mapema kwa axRiv. Iliwasilishwa 28 Mei 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462 

3. Darubini ya anga ya NASA James Webb. Vivutio vya mapema - Darubini ya NASA ya James Webb Inapata Galaxy Inayojulikana Mbali Zaidi. Iliwekwa mnamo 30 Mei 2024. Inapatikana kwa https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy 

***