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

بر خلاف دیگر کهکشان‌های تایید شده در این فاصله که در تصاویر به صورت نقاط قرمز ظاهر می‌شوند، کهکشان‌های جدید بزرگ‌تر هستند و شبیه یک بادام زمینی و یک توپ کرکی هستند. مقاله ای در توصیف کهکشان ها امروز (13 نوامبر) در مجله ظاهر می شود. نامه های مجله اخترفیزیک.

Bingjie Wang، نویسنده اول، یک محقق فوق دکترا در این زمینه می گوید: “در مورد جهان اولیه اطلاعات بسیار کمی وجود دارد، و تنها راه برای یادگیری در مورد آن زمان و آزمایش نظریه های ما در مورد شکل گیری و رشد کهکشان های اولیه، این کهکشان های بسیار دور است.” کالج علوم ایبرلی ایالت پن و یکی از اعضای تیم JWST UNCOVER (مشاهدات Ultradeep NIRSpec و NIRCam قبل از دوره یونیزاسیون مجدد) که این مطالعه را انجام دادند. “قبل از تجزیه و تحلیل ما، ما فقط از سه کهکشان تایید شده در این فاصله بسیار زیاد اطلاع داشتیم. مطالعه این کهکشان‌های جدید و خواص آن‌ها تنوع کهکشان‌های جهان اولیه و اینکه چقدر می‌توان از آن‌ها آموخت را آشکار کرد.»

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 می زند که نور شناسایی شده توسط JWST زمانی که کیهان حدود 330 میلیون سال سن داشت از دو کهکشان ساطع شد و حدود 13.4 میلیارد سال نوری را طی کرد تا به JWST برسد. اما به گفته محققان، کهکشان‌ها در حال حاضر به دلیل انبساط کیهان در آن زمان از زمین نزدیک‌تر از 33 میلیارد سال نوری فاصله دارند.

جوئل لها، استادیار اخترشناسی و اخترفیزیک در ایالت پن و یکی از اعضای UNCOVER می گوید: “نور این کهکشان ها باستانی است و تقریباً سه برابر زمین قدمت دارد.” «این کهکشان‌های اولیه مانند فانوس‌هایی هستند که نور به گاز هیدروژن بسیار نازک که کیهان اولیه را تشکیل می‌داد نفوذ می‌کند. فقط از طریق نور آنها می توانیم شروع به درک فیزیک عجیب و غریبی کنیم که در نزدیکی طلوع کیهانی بر کهکشان حاکم است.”

لازم به ذکر است که این دو کهکشان به طور قابل توجهی بزرگتر از سه کهکشانی هستند که قبلاً در این فواصل شدید قرار داشتند. یکی حداقل شش برابر بزرگتر با قطر حدود 2000 سال نوری است. در 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 خودش بزرگ است.

وانگ گفت: «کهکشان‌هایی که قبلاً در این فواصل شناسایی شده‌اند، منابع نقطه‌ای هستند – آنها به عنوان یک نقطه در تصاویر ما ظاهر می‌شوند. اما یکی از ما دراز به نظر می رسد، تقریباً شبیه بادام زمینی، و دیگری شبیه یک توپ کرکی است. مشخص نیست که آیا تفاوت در اندازه به دلیل چگونگی شکل گیری ستارگان است یا چه اتفاقی برای آنها افتاده است، اما تنوع در خواص کهکشان ها 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 جزو 60000 منبع نوری در خوشه پاندورا بودند که در یکی از اولین تصاویر میدان عمیق JWST که در سال 2022، اولین سال عملیات علمی آن گرفته شد، شناسایی شدند. این منطقه از فضا تا حدودی به این دلیل انتخاب شد که در پشت چندین خوشه کهکشانی قرار دارد که یک اثر بزرگنمایی طبیعی به نام عدسی گرانشی ایجاد می‌کنند. کشش گرانشی جرم ترکیبی خوشه‌ها فضای اطراف آن 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 طی چند ماه، تیم UNCOVER 60000 منبع نور را به 700 کاندید برای مطالعه بعدی محدود کرد، که هشت مورد از آنها فکر می‌کردند می‌توانند به طور بالقوه جزو اولین کهکشان‌ها باشند. سپس JWST 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 توصیف می کند.

لیا گفت: «چند تیم مختلف از روش‌های مختلفی برای جستجوی این کهکشان‌های باستانی استفاده می‌کنند و هر کدام نقاط قوت و ضعف خود را دارند. این واقعیت که ما به این ذره بین غول پیکر در فضا اشاره می کنیم، یک پنجره فوق العاده عمیق به ما می دهد، اما این یک پنجره بسیار کوچک است، بنابراین تاس می انداختیم. تعدادی از نامزدها قانع کننده نبودند و حداقل یکی از آنها هویت اشتباهی داشت — چیزی که بسیار نزدیکتر از کهکشان دور تقلید می کرد. اما ما خوش شانس بودیم و معلوم شد که دو تا از این کهکشان های باستانی هستند. این شگفت انگیز است.”

محققان همچنین از مدل‌های دقیق برای استنباط خواص این کهکشان‌های اولیه هنگام انتشار نور شناسایی‌شده توسط JWST استفاده کردند. همانطور که محققان انتظار داشتند، این دو کهکشان جوان، فقیر از فلز و ستاره هایی بودند که به سرعت در حال رشد و شکل گیری فعال بودند.

لیا گفت: «اولین عناصر در هسته ستارگان اولیه از طریق فرآیند همجوشی شکل گرفتند. منطقی است که این کهکشان های اولیه عناصر سنگینی مانند فلزات نداشته باشند، زیرا آنها از اولین کارخانه هایی هستند که این عناصر سنگین را ساخته اند. و البته، برای اینکه اولین کهکشان‌ها باشند، باید جوان و ستاره‌ساز باشند، اما تأیید این ویژگی‌ها یک آزمایش اساسی مهم برای مدل‌های ما است و به تأیید کل پارادایم نظریه انفجار بزرگ کمک می‌کند.»

محققان خاطرنشان می‌کنند که در کنار عدسی‌های گرانشی، ابزار مادون قرمز قدرتمند JWST باید قادر باشد کهکشان‌های دورتر را در صورت وجود، شناسایی کند.

لیا گفت: “ما یک پنجره بسیار کوچک در این منطقه داشتیم و هیچ چیزی خارج از این دو کهکشان مشاهده نکردیم، حتی اگر JWST این قابلیت را دارد.” این می‌تواند به این معنا باشد که کهکشان‌ها قبل از آن زمان شکل نگرفته‌اند و ما چیزی بیشتر از آن پیدا نخواهیم کرد.» یا ممکن است به این معنی باشد که ما با پنجره کوچکمان به اندازه کافی خوش شانس نبودیم.»

این کار نتیجه یک پیشنهاد موفقیت آمیز ارائه شده به ناسا است که نحوه استفاده از JWST را در اولین سال فعالیت علمی خود پیشنهاد می کند. در سه چرخه اول ارسال، ناسا چهار تا ده برابر بیشتر از زمان رصد تلسکوپ که اجازه می‌داد، پیشنهاد دریافت کرد و مجبور شد تنها بخش کوچکی از این پیشنهادها را انتخاب کند.

لعیا گفت: تیم ما وقتی پیشنهاد ما پذیرفته شد بسیار هیجان زده و کمی شگفت زده شد. “این شامل هماهنگی، اقدام سریع انسانی و دوبار هدف گرفتن یک تلسکوپ از یک تلسکوپ بود که در سال اول از یک تلسکوپ درخواست زیادی می شود. فشار زیادی وجود داشت زیرا ما فقط چند ماه فرصت داشتیم تا اجرام را شناسایی کنیم، اما JWST برای کشف این اولین کهکشان ها طراحی شده بود و انجام این کار اکنون بسیار هیجان انگیز است.”

علاوه بر ایالت پن، این تیم شامل محققانی از دانشگاه تگزاس در آستین، دانشگاه صنعتی سوئینبرن در استرالیا، دانشگاه بن گوریون در نقف در اسرائیل، دانشگاه ییل، دانشگاه پیتسبورگ، سوربن در فرانسه، دانشگاه کپنهاگ در دانمارک، دانشگاه ژنو در سوئیس، دانشگاه ماساچوست، دانشگاه گرونینگن در هلند، دانشگاه پرینستون، دانشگاه واسدا در ژاپن، دانشگاه تافتس، و آزمایشگاه ملی تحقیقات نجوم نوری مادون قرمز (NOIR).

این کار توسط ناسا، بنیاد علوم دو ملی ایالات متحده و اسرائیل، بنیاد ملی علوم ایالات متحده، وزارت علوم و فناوری اسرائیل، مرکز ملی تحقیقات فضایی فرانسه، موسسه ملی علوم زمین و نجوم فرانسه، حمایت شده است. پژوهش. شرکت پیشرفت علم، شورای تحقیقات هلند، برنامه CO-FUND روزالیند فرانکلین کمیسیون اروپا و دانشگاه گرونینگن، رصدخانه ملی نجوم ژاپن و آزمایشگاه NOIR.