Velkolepý snímek hlubokého infračerveného vesmíru z kosmického dalekohledu Jamese Webba odkryl 42 nových čočkových snímků galaxií a odhalil v nebývalé hloubce tvar čočky, což nám může nakonec pomoci vidět úplně první galaxie.
Odhalení Vesmírný dalekohled Jamese Webba deep-field image, americký prezident Joe Biden ve speciálu Akce Bílého domu se konalo 11. července, bylo přísně střeženým tajemstvím. Týmy astronomů se předháněly v tom, kdo jej zanalyzuje jako první, přičemž do týdne od zveřejnění snímku byly na komunitní předtiskový server zaslány tři nové články.
„Abych byl upřímný!“ Brenda Fryeová, astronomka ze Steward Observatory na Arizonské univerzitě a spoluautorka jednoho z článků, řekla Space.com. „Normálně máme varování rok nebo dva dopředu, ale nikdo to neviděl [this release] přichází v tuto dobu.“
Galerie: První fotografie vesmírného dalekohledu Jamese Webba
Příbuzný: Jak funguje vesmírný dalekohled Jamese Webba na obrázcích
The galaxie kupa SMACS J0723.3-7327, zkráceně SMACS J0723, patří mezi množinu kup galaxií, které Webb zobrazuje pro různé průzkumy pomocí gravitačních čoček. Kromě toho, řekl Frye, nebylo na SMACS J0723 nic výjimečného – až dosud.
„Bylo to krásně vybrané [to be one of the first images] protože to byl poměrně neznámý cíl,“ řekla.
Gravitační čočky je jev, při kterém gravitace velmi masivního objektu deformuje prostor do tvaru analogického optické čočce, což má za následek zkreslení světla z čehokoli, co je za čočkou, a jeho jas se zvětší. Kupy galaxií jsou obzvláště účinné čočky, protože obsahují obrovské množství hmoty (v případě SMACS J0723 asi 100 bilionkrát větší než hmotnost Slunce) do relativně kompaktního objemu o průměru asi 3 až 5 milionů světelných let. .
Předchozí průzkumy společnosti Hubbleův vesmírný dalekohled a důchodci Herschelova vesmírná observatoř našli několik čočkových snímků galaxií v pozadí ve svých pozorováních SMACS J0723. Webb ale posouvá lov na zcela novou úroveň.
Fryeův tým, který vedl postgraduální student Massimo Pascale z Kalifornské univerzity v Berkeley, objevil na pozadí nového snímku s hlubokým polem 42 nových čočkových snímků. Gravitační čočky mohou vytvořit více snímků stejné galaxie, takže těchto 42 snímků představuje 19 jednotlivých galaxií. Další tým vedený Gabrielem Caminhou z Institutu Maxe Plancka pro astrofyziku v Německu napočítal 27 nových čočkových snímků.
Ať už je konečný výsledek jakýkoli, tyto čočkové snímky umožňují vědcům doladit mapu toho, jak je hmota — viditelná i viditelná temný — je distribuován v clusteru SMACS J0723 a modeluje tvar čočky. Jedna z nových prací od týmu vedeného Guillaume Mahlerem z Durhamské univerzity dospěla k závěru, že většina hmoty je soustředěna na nejjasnější a nejhmotnější galaxii v kupě.
„Naše modely nejen popisují hmotu, ale můžeme je také použít k popisu zvětšení těchto čočkovaných snímků,“ řekl Pascale Space.com.
Současná nejvzdálenější potvrzená galaxie je vzdálený objekt známý jako GN-z11která má rudý posuv 11,09, což znamená, že ji vidíme tak, jak existovala před 13,4 miliardami let, pouhých 400 milionů let po Velký třesk. („Červený posuv“ označuje protažení vlnové délky světla, ke kterému dochází, když se vesmír rozpíná mezi vzdáleným objektem a pozorovatelem. Čím vyšší je faktor červeného posuvu, tím vzdálenější je zdroj světla.)
Ještě vzdálenější kandidát je HD1, objevený při rudém posuvu 13, se nám jeví jako jen 300 milionů let po velkém třesku. Ještě nedávno, první výsledky od Webba identifikovali další kandidátskou galaxii na rudém posuvu 13, nazvanou GLASS-z11. Astronomové však zatím nepotvrdili rudé posuvy ani u HD1, ani u GLASS-z11.
Očekává se, že Webb překoná oba tyto rekordy rudého posuvu, i když ještě nebylo určeno, zda některá z galaxií s čočkou pozorovaná v SMACS J0723 je vzdálenější než Gn-z11 nebo HD1. Pascale a Frye se zajímají o zmapování jevu zvaného „kritická křivka“, protože právě podél těchto křivek působí gravitační čočka největší zvětšovací silou a astronomové tam mají největší šanci vidět úplně první galaxie.
„Typické zvětšení v čočkovité kupě je asi 10násobek, a to nestačí k tomu, abychom viděli první galaxie,“ řekl Frye. „Ale když se podíváme blízko kritické křivky, tam jsou věci zvětšeny stokrát nebo dokonce tisíckrát.“
Myslete na kritickou křivku jako na vrstevnice na topografické mapě povrchu Země. Čím více takových vrstevnic jsou shluky, tím větší je výška jakéhokoli konkrétního místa na povrchu. Podobně kritická křivka je tam, kde se obrysové čáry gravitačního potenciálu shlukují, a čím více jsou seskupené, tím silnější je tento potenciál a doprovodné zvětšení. Umístění a tvar čočkových obrazů může naznačit, kde leží kritická křivka.
„Nakonec, co chceme udělat, je podívat se přímo podél kritické křivky, kde je zvětšení největší, a tam najdeme galaxie s nejvyšším rudým posuvem,“ řekl Frye.
Proto se první trio nových prací o Webbově hlubokém poli soustředí na modelování množství a distribuce hmoty v popředí shluku a následně tvaru čočky a umístění kritické křivky.
Modelování nám však může také říci o vlastní historii kupy galaxií.
„Zjistili jsme, že distribuce hmoty je trochu protáhlejší, než se očekávalo,“ řekl Pascale. „Možná to něco vypovídá o historie fúzí klastrua z toho můžeme extrapolovat a dozvědět se něco o tvorbě shluků jako celku, která se vyskytuje ve velmi chaotickém prostředí, kde gravitace ze všech těchto galaxií se navzájem táhne.“
Bezprostředním dalším krokem pro tým Pascale a Frye a autory dalších dvou prací je projít procesem vzájemného hodnocení, aby byly tyto výsledky publikovány ve vědeckých časopisech. Kromě toho data z Webbova NIRISS (Near Infrared Imager and Slitless Spectrograph) čekají na analýzu a měla by vědcům pomoci určit spektroskopické červené posuvy čočkovitých galaxií a zjistit, jak daleko jsou. (Snímek z hlubokého pole byl pořízen NIRCam, Near-Infrared Camera.)
„Než to Webb zobrazil, SMACS J0723 nebyl hvězdou show,“ řekl Pascale. „Nyní je najednou papír za papírem, což skutečně vypovídá o tom, jak mocný Webb je, odhalit věci, které jsme předtím neviděli.“
Předtisk papíru Pascale a Frye lze nalézt tady. Další dva papíry jsou k dispozici tady a tady.
Sledujte Keitha Coopera na Twitteru @21stCenturySETI. Následuj nás na Twitteru @Spacedotcom a dál Facebook.