دومین کهکشان دوردست با استفاده از تلسکوپ فضایی جیمز وب کشف شد

دومین و چهارمین کهکشان دوردست که تاکنون دیده شده است (UNCOVER z-13 و UNCOVER z-12) با استفاده از دوربین مادون قرمز نزدیک تلسکوپ فضایی جیمز وب (NIRCam) تایید شده‌اند. کهکشانها در خوشه پاندورا (آبل 2744) قرار دارند و در اینجا به صورت طول‌موج‌های نور نزدیک به فروسرخ نشان داده می‌شوند که به رنگهای نور مرئی ترجمه شده‌اند. مقیاس تصویر خوشه اصلی بر حسب ثانیه قوسی نشان‌گذاری می‌شود که اندازه‌گیری فاصله زاویه‌ای در آسمان است. دایره‌های روی تصاویر سیاه و سفید که کهکشان‌های باند فیلتر NIRCam-F277W را در JWST نشان می‌دهند، اندازه دیافراگم 0.32 ثانیه قوس را نشان می‌دهند. اعتبار: تصویر خوشه: NASA، UNCOVER (Bezanson et al., DIO: 10.48550/arXiv.2212.04026) Insets: NASA, UNCOVER (Wang et al., 2023) ترکیب: Dani Zemba/Penn State

دومین و چهارمین کهکشان دوردستی که تاکنون مشاهده شده است، با استفاده از داده‌های تلسکوپ فضایی جیمز وب ناسا (JWST) در منطقه‌ای از فضا به نام خوشه پاندورا یا ایبل 2744 کشف شده‌اند.

با پیگیری یک تصویر میدانی عمیق از این منطقه، یک تیم بین‌المللی به رهبری محققان ایالت پن، فاصله این کهکشان‌های باستانی را تأیید کردند و با استفاده از داده‌های طیف‌سنجی جدید -اطلاعات نور منتشر شده از طیف الکترومغناطیسی- از JWST، خواص آنها را استنباط کردند. این کهکشانهای فوق‌العاده دور در فاصله نزدیک به 33 بیلیون سال نوری، بینشهایی را در مورد چگونگی شکل‌گیری کهکشان‌های اولیه ارائه می‌دهند.

بر خلاف دیگر کهکشان‌های تایید شده در این فاصله که در تصاویر به صورت نقاط قرمز ظاهر می‌شوند، کهکشان‌های جدید بزرگ‌تر هستند و مانند یک بادام زمینی و یک توپ کرکی به نظر می‌رسند. مقاله‌ای در مورد کهکشان‌ها در مجله Astrophysical Journal Letters چاپ شده است.

نویسنده اول بینجی وانگ، محقق فوق دکترا در ایالت پن کالج علوم Eberly و یکی از اعضای تیم JWST UNCOVER (مشاهدات Ultradeep NIRSpec و NIRCam قبل از دوره یونیزاسیون مجدد) که این تحقیق را انجام دادند، گفت: “در مورد جهان اولیه اطلاعات بسیار کمی وجود دارد و تنها راه برای یادگیری در مورد آن زمان و آزمایش نظریه‌های ما در مورد شکل‌گیری و رشد کهکشان‌های اولیه، این کهکشان‌های بسیار دور است.”

“قبل از تجزیه و تحلیل ما، تنها سه کهکشان تایید شده در این فاصله بسیار زیاد را می‌دانستیم. مطالعه این کهکشان‌های جدید و خواص آنها، تنوع کهکشان‌ها را در کیهان اولیه و مشخصات آنها را به ما خواهد آموخت.”

از آنجایی که نور این کهکشان‌ها برای رسیدن به زمین مجبور بود مدت زیادی را طی کند، دریچه‌ای به گذشته فراهم می‌کند. تیم تحقیقاتی تخمین می‌زند که نور شناسایی‌شده توسط جیمزوب زمانی که کیهان حدود 330 میلیون سال سن داشت توسط دو کهکشان ساطع شد و برای رسیدن به جیمزوب حدود 13.4 بیلیون سال نوری سفر کرد. اما به گفته محققان، کهکشانها در حال حاضر به دلیل انبساط کیهان در این زمان به فاصله 33 بیلیونسال نوری از زمین نزدیکتر هستند.

جوئل لجا، استادیار اخترشناسی و اخترفیزیک در ایالت پن و یکی از اعضای UNCOVER می‌گوید: «نور این کهکشانهای باستانی تقریباً سه برابر زمین است. این کهکشانهای اولیه مانند فانوسهایی هستند که نور را از طریق گاز هیدروژن بسیار نازکی می‌تاباند که کیهان اولیه را تشکیل می‌داد. تنها با نور آنها است که می‌توانیم فیزیک عجیب و غریبی را بیاموزیم که بر کهکشان در نزدیکی طلوع کیهانی حاکم بود.

قابل توجه است که این دو کهکشان به طور قابل توجهی بزرگتر از سه کهکشانی هستند که قبلاً در این فواصل شدید قرار داشتند. یکی از آنها حداقل شش برابر بزرگتر است و حدود 2000 سال نوری وسعت دارد. برای مقایسه، کهکشان راه شیری تقریباً 100000 سال نوری وسعت دارد، اما به گفته وانگ، تصور می‌شود که جهان اولیه بسیار فشرده بوده است، بنابراین جای تعجب است که کهکشان به اندازه آن بزرگ است.

وانگ گفت: «کهکشان‌هایی که قبلاً در این فواصل کشف شده‌اند، منابع نقطه‌ای هستند – آنها به صورت یک نقطه در تصاویر ما ظاهر می‌شوند.

اما یکی از ستاره‌های ما کشیده به نظر می‌رسد، تقریباً شبیه بادام زمینی و دیگری شبیه یک توپ کرکی است. مشخص نیست که آیا تفاوت در اندازه به دلیل چگونگی شکل‌گیری ستاره‌ها یا اتفاقی است که پس از شکل‌گیری برای آنها رخ داده است، اما تنوع در ویژگی‌های کهکشان واقعا جالب است. انتظار می‌رود که این کهکشان‌های اولیه از مواد مشابه تشکیل شده باشند، اما در حال حاضر نشانه‌هایی از تفاوت بسیار با یکدیگر را نشان می‌دهند.”

این دو کهکشان در میان 60000 منبع نور در خوشه پاندورا بودند که در یکی از اولین تصاویر میدان عمیق جیمزوب شناسایی شدند که در سال 2022، اولین سال عملیات علمی آن گرفته شد. این منطقه از فضا تا حدودی به این دلیل انتخاب شده است که در پشت چندین خوشه کهکشانی قرار دارد که یک اثر بزرگنمایی طبیعی به نام عدسی گرانشی ایجاد می‌کند.

کشش گرانشی جرم ترکیبی خوشه‌ها، فضای اطراف خود را منحرف می‌کند و هر نوری را که از نزدیکی عبور می‌کند متمرکز و بزرگ‌نمایی می‌کند و نمایی بزرگ‌نمایی از پشت خوشه‌ها ارائه می‌کند.

در عرض چند ماه، تیم UNCOVER تعداد 60000 منبع نور را به 700 کاندید برای مطالعه تکمیلی محدود کرد که هشت مورد از آنها فکر می‌کردند به طور بالقوه می‌توانند جزو اولین کهکشانها باشند. سپس، جیمزوب دوباره به خوشه پاندورا اشاره کرد و طیف نامزدها را ثبت کرد – نوعی اثر انگشت که میزان نور منتشر شده در هر طول موج را با جزئیات نشان می‌دهد.

لجا گفت: “چند تیم مختلف از رویکردهای مختلف برای جستجوی این کهکشانهای باستانی استفاده می‌کنند و هر کدام نقاط قوت و ضعف خود را دارند.”

محققان همچنین از مدل‌های دقیق برای استنباط خواص این کهکشان‌های اولیه هنگام انتشار نور شناسایی‌شده توسط جیمزوب استفاده کردند. همانطور که محققان انتظار داشتند، این دو کهکشان جوان بودند، فلزات کمی در ترکیب خود داشتند و به سرعت در حال رشد بودند و به طور فعال ستاره‌ها را تشکیل می‌دادند.

لجا گفت: «اولین عناصر در هسته ستارگان اولیه از طریق فرآیند همجوشی شکل گرفتند. منطقی است که این کهکشان‌های اولیه عناصر سنگینی مانند فلزات نداشته باشند، زیرا آنها از اولین کارخانه‌هایی بودند که آن عناصر سنگین را ساختند. اما تأیید این ویژگی‌ها یک آزمون اساسی مهم برای مدل‌های ما است و به تأیید کل پارادایم نظریه انفجار بزرگ کمک می‌کند.»

محققان خاطرنشان کردند که در کنار عدسی گرانشی، ابزار قدرتمند مادون قرمز جیمزوب باید قادر به تشخیص کهکشان‌ها در فواصل دورتر، در صورت وجود، باشند.

لجا گفت: “ما یک پنجره بسیار کوچک به این منطقه داشتیم و چیزی فراتر از این دو کهکشان را مشاهده نکردیم، حتی اگر جیمزوب این قابلیت را دارد.” “این امر می‌تواند به این معنی باشد که کهکشانها قبل از آن زمان شکل نگرفته‌اند و ما چیزی دورتر از آن پیدا نخواهیم کرد.”

این کار نتیجه یک پیشنهاد موفقیت‌آمیز ارائه شده به ناسا بود که نحوه استفاده از جیمزوب را در اولین سال فعالیت علمی خود پیشنهاد می‌کرد. در سه چرخه اول ارسال، ناسا چهار تا ده برابر بیشتر از زمان رصد موجود در تلسکوپ پیشنهاداتی دریافت کرد و مجبور شد تنها بخشی از این پیشنهادها را انتخاب کند.

لجا گفت: «تیم ما وقتی پیشنهاد ما پذیرفته شد بسیار هیجان زده و کمی شگفت زده شد. “این شامل هماهنگی، اقدام سریع انسانی و دوبار اشاره تلسکوپ به یک نقطه بود که از یک تلسکوپ در سال اول درخواست زیادی است. فشار زیادی وجود داشت زیرا ما فقط چند ماه فرصت داشتیم تا اجرام را تعیین کنیم. اما جیمزوب برای یافتن اولین کهکشان‌ها ساخته شده است و انجام این کار اکنون بسیار هیجان‌انگیز است.”

ترجمه: سارا سیدحاتمی

منبع:

Second-most distant galaxy discovered using James Webb Space Telescope

by Pennsylvania State University NOVEMBER 13, 2023

https://phys.org/news/2023-11-second-most-distant-galaxy-james-webb.html