Վաղ Տիեզերք. Ամենահեռավոր Գալակտիան «JADES-GS-z14-0» մարտահրավեր է նետում Գալակտիկայի ձևավորման մոդելներին  

Լուսավոր JADES-GS-z14-0 գալակտիկայի սպեկտրային վերլուծությունը, որը հիմնված է 2024 թվականի հունվարին կատարած դիտարկումների վրա, բացահայտեց 14.32 կարմիր շեղում, ինչը նրան դարձնում է հայտնի ամենահեռավոր գալակտիկան (նախորդ ամենահեռավոր գալակտիկան, որը հայտնի էր JADES-GS-z13-0 կարմիր տեղաշարժով: z = 13.2): Այն ձևավորվել է վաղ տիեզերքում Մեծ պայթյունից մոտ 290 միլիոն տարի անց: Աստղային լույսի առատ քանակությունը ենթադրում է, որ այն հսկայական է և ունի ավելի քան 1,600 լուսային տարվա չափսեր: Նման լուսավոր, զանգվածային և մեծ գալակտիկան վաղ տիեզերքում տիեզերական լուսաբացին հակասում է գալակտիկաների ձևավորման ներկայիս պատկերացումներին: Տիեզերքի առաջին աստղերը Pop III աստղերն էին զրոյական մետաղներով կամ չափազանց ցածր մետաղներով: Այնուամենայնիվ, JADES-GS-z14-0 գալակտիկայի ինֆրակարմիր հատկությունների ուսումնասիրությունը բացահայտում է թթվածնի առկայությունը, ինչը նշանակում է, որ մետաղի հարստացումը նշանակում է, որ զանգվածային աստղերի սերունդներն արդեն ավարտել են իրենց կյանքի ընթացքը՝ ծնունդից մինչև գերնոր աստղի պայթյուն մոտ 290 միլիոն տարի վաղ տիեզերքում: Այսպիսով, այս գալակտիկայի հատկությունները հակասում են վաղ տիեզերքի գալակտիկաների ձևավորման ներկա ըմբռնմանը:   

Շատ վաղ տիեզերքը, Մեծ պայթյունից մոտ 380,000 տարի անց, լցված էր իոնացված գազերով և լիովին անթափանց էր՝ ազատ էլեկտրոնների կողմից ֆոտոնների ցրման պատճառով: Դրան հաջորդեց վաղ տիեզերքի չեզոք դարաշրջանը, որը տևեց մոտ 400 միլիոն տարի: Այս դարաշրջանում տիեզերքը չեզոք էր և թափանցիկ: Առաջին լույսը հայտնվել է տիեզերքի վրա, դառնալով թափանցիկ, դարձել է կարմիր, փոխվել է միկրոալիքային տիրույթի ընդլայնման պատճառով և այժմ դիտվում է որպես տիեզերական միկրոալիքային ֆոն (CMB): Քանի որ տիեզերքը լցված էր չեզոք գազերով, ոչ մի օպտիկական ազդանշան չարձակվեց (այստեղից կոչվում է մութ դարաշրջան)։ Չիոնացված նյութերը լույս չեն արձակում, հետևաբար դժվարանում է չեզոք դարաշրջանի վաղ տիեզերքի ուսումնասիրությունը: Այնուամենայնիվ, այս դարաշրջանում ցուրտ, չեզոք տիեզերական ջրածնի արտանետված 21 սմ ալիքի երկարությամբ միկրոալիքային ճառագայթումը (համապատասխանում է 1420 ՄՀց)՝ զուգահեռ պտույտից դեպի ավելի կայուն հակազուգահեռ պտույտի հիպերմանր անցման պատճառով հնարավորություններ է տալիս աստղագետներին: Այս 21 սմ միկրոալիքային ճառագայթումը Երկիր հասնելուն պես կտարածվի կարմիրով և կդիտվի 200 ՄՀց-ից մինչև 10 ՄՀց հաճախականություններում՝ որպես ռադիոալիք: Այն ԿՀԱՍՆԻ (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen) Փորձի նպատակն է հայտնաբերել Տիեզերական ջրածնի 21 սմ երկարությամբ խուսափողական գիծը:  

Վերաիոնացման դարաշրջանը վաղ տիեզերքի պատմության հաջորդ դարաշրջանն էր, որը տևեց Մեծ պայթյունից մոտ 400 միլիոն տարի հետո մինչև 1 միլիարդ տարի: Գազերը կրկին իոնացվել են հզոր վաղ աստղերի արձակած բարձր էներգիայի ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների պատճառով: Այս դարաշրջանում սկսվել է գալակտիկաների և քվազարների ձևավորումը։ Այս դարաշրջանի լույսերը կարմիր են տեղափոխվում դեպի կարմիր և ինֆրակարմիր տիրույթներ: Huble խորը դաշտային ուսումնասիրությունները նոր սկիզբ էին վաղ տիեզերքի ուսումնասիրության մեջ, սակայն դրա շրջանակը նախնադարյան լույսերը գրավելու համար սահմանափակ էր: Անհրաժեշտ էր տիեզերքում հիմնված ինֆրակարմիր աստղադիտարան։ JWST-ը մասնագիտացած է բացառապես ինֆրակարմիր աստղագիտության մեջ ուսումնասիրել վաղ տիեզերքը. 

Ջեյմս Ուեբբ Space Telescope (JWST) արձակվել է 25 թվականի դեկտեմբերի 2021-ին: Այնուհետև tt-ը դրվել է ուղեծրի մեջ Արև-Երկիր L2 Լագրանժ կետի մոտ՝ Երկրից մոտ 1.5 միլիոն կմ հեռավորության վրա: Այն լիովին գործարկվեց 2022 թվականի հուլիսին: Օդանավում առանցքային գիտական ​​գործիքների միջոցով, ինչպիսիք են՝ NIRCam (Infrared Near Camera), NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), MIRI (Mid-Infrared Instrument), JWST-ը որոնում է օպտիկական/ինֆրակարմիր ազդանշաններ վաղ աստղերից և գալակտիկաներից: ձևավորվել է Տիեզերքում՝ գալակտիկաների ձևավորման և էվոլյուցիայի, աստղերի և մոլորակային համակարգերի ձևավորման ավելի լավ հասկանալու համար: Վերջին երկու տարում այն ​​տպավորիչ արդյունքներ է տվել տիեզերական արշալույսի հետազոտության մեջ (այսինքն՝ Մեծ պայթյունից հետո առաջին մի քանի հարյուր միլիոն տարվա ժամանակաշրջանը, որտեղ ծնվել են առաջին գալակտիկաները):  

JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) ծրագիր 

Այս ծրագիրը նպատակ ունի ուսումնասիրել գալակտիկաների էվոլյուցիան բարձր կարմիր տեղաշարժից մինչև տիեզերական կեսօր՝ ինֆրակարմիր պատկերման և սպեկտրոսկոպիայի միջոցով GOODS-S և GOODS-N խորքային դաշտերում:  

Առաջին տարում JADES-ի հետազոտողները հանդիպեցին հարյուրավոր թեկնածու գալակտիկաների՝ Մեծ պայթյունից հետո առաջին 650 միլիոն տարվա ընթացքում: 2023 թվականի սկզբին նրանք գտան մի գալակտիկա իրենց տվյալների բազայում, որը թվում էր, թե կարմիր տեղաշարժով է 14, ինչը ենթադրում է, որ դա չափազանց հեռավոր գալակտիկա է, բայց այն շատ պայծառ է: Բացի այդ, մոտիկության պատճառով այն այլ գալակտիկայի մաս էր թվում: Հետևաբար, նրանք նկատեցին այդ աճը 2023 թվականի հոկտեմբերին: Նոր տվյալները ցույց տվեցին, որ այն գտնվում էր 14-ի կարմիր տեղաշարժով: Այս գալակտիկայի սպեկտրը անհրաժեշտ էր սպեկտրում Լայման-ալֆա ճեղքի գտնվելու վայրը պարզելու համար՝ կարմիրի տեղաշարժը չափելու և տարիքը որոշելու համար: 

Լայման-ալֆան ջրածնի արտանետման սպեկտրային գիծ է Լայմանի շարքում, երբ էլեկտրոնները n=2-ից անցնում են n=1: Լայման-ալֆայի ընդմիջման կետը սպեկտրում համապատասխանում է դիտարկված ալիքի երկարությանը (λ_{նկատվում}) Կարմիր հերթափոխը (z) կարող է հաշվարկվել ըստ բանաձևի z = (լ_{նկատվում} – Լ_{մնացածը}) / λ_{մնացածը} 

JADES-GS-z14-0 գալակտիկա    

Համապատասխանաբար, գալակտիկան կրկին դիտարկվել է 2024 թվականի հունվարին՝ օգտագործելով NIRCam (Infrared Near Camera) և NIRSpec (Infrared Near Spectrograph): Սպեկտրային վերլուծությունը հստակ ապացույցներ տվեց, որ գալակտիկան գտնվում էր 14.32-ի կարմիր շեղումով, ինչը նրան դարձնում է հայտնի ամենահեռավոր գալակտիկա (նախկին ամենահեռավոր գալակտիկաների ռեկորդը (JADES-GS-z13-0 z = 13.2 կարմիր շեղումով): Այն անվանվել է JADES: -GS-z14-0, լուսավոր գալակտիկա, որը գտնվում է 13.5 միլիարդ լուսային տարի հեռավորության վրա, ավելի քան 1,600 լուսային տարվա չափսեր, ինչը ենթադրում էր, որ երիտասարդ աստղերն են դրա պայծառության աղբյուրը Մեծ պայթյունից 300 միլիոն տարի անց գոյություն ունեցող գալակտիկայից այնքան էլ զանգվածային չէ:  

Սպասվում էին ավելի շատ անակնկալներ.  

Հետազոտողները կարողացել են հայտնաբերել JADES-GS-z14-0 ավելի երկար ալիքի երկարություններում՝ օգտագործելով MIRI (միջին ինֆրակարմիր գործիք): Սա նշանակում էր ֆիքսել տեսանելի լույսի տիրույթի արտանետումները այս գալակտիկայից, որոնք կարմիր շեղված էին, որպեսզի դառնան մերձ ինֆրակարմիր գործիքների շրջանակից դուրս: Վերլուծությունը պարզել է իոնացված թթվածնի առկայությունը, որը ենթադրում է աստղային բարձր մետաղականություն: Դա հնարավոր է միայն այն դեպքում, երբ աստղերի շատ սերունդներ արդեն ապրել են իրենց կյանքի ընթացքը:  

Տիեզերքի առաջին աստղերն ունեն զրոյական մետաղ կամ չափազանց ցածր մետաղ: Նրանք կոչվում են Pop III աստղեր կամ Բնակչության III աստղեր: Low metal աստղերը Pop II աստղերն են: Երիտասարդ աստղերն ունեն բարձր մետաղական պարունակություն և կոչվում են «Pop I աստղեր» կամ արևային մետաղական աստղեր: Համեմատաբար բարձր 1.4% մետաղականությամբ արևը նորագույն աստղ է: Աստղագիտության մեջ հելիումից ավելի ծանր տարր համարվում է մետաղ։ Քիմիական ոչ մետաղները, ինչպիսիք են թթվածինը, ազոտը և այլն, մետաղներ են տիեզերաբանական համատեքստում: Աստղերը մետաղով հարստանում են գերնոր իրադարձությանը հաջորդող յուրաքանչյուր սերնդում: Աստղերում մետաղի պարունակության ավելացումը վկայում է ավելի երիտասարդ տարիքի մասին:   

Հաշվի առնելով, որ JADES-GS-z14-0 գալակտիկայի տարիքը Մեծ պայթյունից հետո 300 միլիոն տարուց պակաս է, այս գալակտիկայի աստղերը պետք է լինեն Pop III աստղեր՝ զրոյական մետաղի պարունակությամբ: Այնուամենայնիվ, JWST-ի MIRI-ն գտավ թթվածնի առկայություն:  

Հաշվի առնելով վերը նշված դիտարկումները և բացահայտումները, վաղ տիեզերքի JADES-GS-z14-0 գալակտիկայի հատկությունները չեն համապատասխանում գալակտիկաների ձևավորման ներկայիս պատկերացումներին: Ինչպե՞ս կարող է նման հատկանիշներով գալակտիկան թվագրվել Բինգ պայթյունից 290 միլիոն տարի անց: Հնարավոր է, որ ապագայում շատ նման գալակտիկաներ հայտնաբերվեն: Հավանաբար գալակտիկաների բազմազանություն գոյություն է ունեցել Տիեզերական լուսաբացին: 

*** 

Հիշատակում:  

1. Կարնիանի, Ս. et al. 2024. Երկու լուսավոր գալակտիկաների սպեկտրոսկոպիկ հաստատում 14-ի կարմիր շեղումով. Բնություն (2024): Հրապարակվել է 24 թվականի հուլիսի 2024-ին: DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Նախնական տպագրություն axRiv-ում: Ներկայացված է 28 թվականի մայիսի 2024-ին: DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485  

2. Հելթոն Ջ.Մ. et al 2024. JWST/MIRI լուսաչափական հայտնաբերում աստղային շարունակականության 7.7 մկմ և միգամածության արտանետում գալակտիկայում z>14-ում: Նախնական տպագրություն axRiv-ում: Ներկայացված է 28 թվականի մայիսի 2024-ին: DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462 

3. ՆԱՍԱ-ի Ջեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտակը. Վաղ ակնարկներ – ՆԱՍԱ-ի Ջեյմս Ուեբ տիեզերական աստղադիտակը գտնում է ամենահեռավոր հայտնի գալակտիկան: Տեղադրվել է 30 թվականի մայիսի 2024-ին: Հասանելի է https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy 

***