Оставив Хаббла в пыли, JWST официально увидел галактику всего через 320 миллионов лет после Большого Взрыва: всего 2,3% от ее нынешнего возраста.
Ключевые выводы
- Хотя Хаббл показал нам дальние уголки глубокой Вселенной, как никогда прежде, он был фундаментально ограничен и не мог видеть дальше 400 миллионов лет после Большого Взрыва.
- JWST был разработан отчасти для преодоления этих ограничений, но для того, чтобы узнать, какие объекты действительно являются самыми ранними и самыми далекими, требовались длительные наблюдения со спектрами.
- Наконец-то первые сверхдальние галактики из обзора JADES были обнаружены благодаря превосходным данным JWST, и самая далекая из них побила старый рекорд Хаббла: первый из, вероятно, многих новых рекордов.
Наконец-то JWST побил рекорд самой далекой галактики.
Зона обзора обзора JADES вместе с четырьмя самыми удаленными галактиками, подтвержденными в пределах этого поля зрения. Все три галактики с z=13,20, 12,63 и 11,58 находятся дальше, чем предыдущий рекордсмен, GN-z11, который был идентифицирован Хабблом.
JADES-GS-z13-0 находится на расстоянии 33 миллиардов световых лет от нас и является самым далеким из когда-либо наблюдаемых объектов.
Свет любой галактики, излучаемый после начала горячего Большого Взрыва, 13.8 миллиардов лет назад, достигла бы нас к сегодняшнему дню, если бы в настоящее время находилась в пределах 46,1 миллиарда световых лет. Но свет от самых ранних, самых далеких галактик будет блокирован промежуточным веществом и смещен в красную сторону расширяющейся Вселенной. Оба представляют собой серьезные проблемы с обнаружением, поэтому Хаббл не мог видеть больше, чем красное смещение 11, даже при самых счастливых обстоятельствах. JWST уже побил этот рекорд.
Его свет излучался всего через 320 миллионов лет после Большого Взрыва.
Схема истории Вселенной с выделением реионизации. До того, как сформировались звезды или галактики, Вселенная была полна блокирующих свет нейтральных атомов, которые образовались еще тогда, когда Вселенной было около 380 000 лет. Большая часть Вселенной реионизируется только через 550 миллионов лет, при этом некоторые регионы достигают полной реионизации раньше, а другие позже. Первые крупные волны реионизации начинают происходить в возрасте около 200 миллионов лет, в то время как несколько счастливых звезд могут образоваться всего через 50-100 миллионов лет после Большого взрыва. С помощью правильных инструментов, таких как JWST, мы начинаем обнаруживать более далекие галактики, чем это было возможно ранее с помощью любого другого инструмента.
Мы заглядываем назад на 13,5 миллиардов лет: когда возраст Вселенной составлял 2,3% от нынешнего.
Вероятности обнаружения галактик с определенной комбинацией красного смещения/яркости в определенном объеме пространства, обозначенные цветом для вероятности. Самые ранние кандидаты в галактики JWST (на z >10), некоторые из которых теперь подтверждены, не представляют такой большой проблемы для того, что должно существовать в нашей Вселенной, по сравнению с тем, что мы находим, как большие, яркие, массивные галактики на более скромные (10 > z > 6) красные смещения.
Это далеко превосходит все, что мог бы сделать Хаббл.
Только потому, что эта далекая галактика GN-z11 находится в области, где межгалактическая среда в основном реионизирована, Хаббл может открыть ее нам в настоящее время. Чтобы увидеть дальше, нам нужна лучшая обсерватория, оптимизированная для таких видов обнаружения, чем Хаббл. Хотя галактика кажется очень красной, это происходит только из-за эффекта красного смещения расширяющейся Вселенной. Сама по себе галактика очень синяя. Другие кандидаты в галактики с большим красным смещением еще не подтверждены спектроскопически.
Хаббл теплый, маленький и имеет ограниченный диапазон длин волн.
В течение 50 дней, в общей сложности более 2 миллионов секунд общего времени наблюдений (эквивалент 23 полных дней), телескоп Хаббла eXtreme Deep Field (XDF) был построен из части предыдущее изображение сверхглубокого поля Хаббла. Сочетая свет от ультрафиолета до видимого света и вплоть до ближнего инфракрасного диапазона Хаббла, XDF представлял собой самый глубокий взгляд человечества на космос: рекорд, который стоял, пока не был побит JWST. В красном прямоугольнике, где Хаббл не видит ни одной галактики, обзор JADES JWST выявил самую далекую галактику на сегодняшний день: JADES-GS-z13-0. Экстраполируя то, что мы видим, на то, что мы знаем и ожидаем, что оно должно существовать, мы приходим к выводу, что в наблюдаемой Вселенной в общей сложности около 2 секстиллионов звезд.
JWST преодолевает все эти ограничения, включая превосходный спектрограф.
JWST, теперь полностью готовый к работе, обладает в семь раз большей светосилой, чем Хаббл, но сможет видеть намного дальше в инфракрасной части спектра, обнаруживая те галактики, которые существовали еще раньше, чем Хаббл когда-либо мог видеть благодаря своим возможностям на более длинных волнах и гораздо более низким рабочим температурам. Популяции галактик, наблюдавшиеся до эпохи реионизации, должны быть обнаружены во множестве, а старый космический рекорд Хаббла уже побит.
Разбивая свет на отдельные длины волн, JWST видит как поглощенный, так и прошедший свет.
Спектры, полученные JADES и инструментом JWST NIRSpec для четырех самых далеких галактик, обнаруженных к настоящему времени обзором JADES. Характеристика разрыва Лаймана, надежно идентифицированная здесь для каждой из четырех галактик, определяет расстояние и красное смещение вне всяких разумных сомнений, что делает JADES-GS-z13-0 новым космическим рекордсменом. (На данный момент.)
Используя инструменты NIRCam и NIRSpec, компания начала проводить исследование JADES.
На этом изображении показана область исследования JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Эта область включает и содержит экстремальное глубокое поле Хаббла и открывает новые, рекордно далекие галактики, которые Хаббл не мог увидеть.
JADES - расширенный глубокий внегалактический обзор JWST - в конечном итоге объединит сотни часов наблюдений.
Спектроскопическая идентификация сигнатуры разрыва Лаймана, которая присутствует и хорошо видна во всех четырех ультрадальних галактиках, идентифицированных JWST, подтверждает их красное смещение и расстояние. Это делает три верхние галактики самыми далекими, подтвержденными спектроскопически галактиками из всех. Лаймановский излом, обычно приводящий к ультрафиолетовому фотону, хорошо виден в инфракрасном диапазоне из этих галактик из-за красного смещения света во время его путешествия.
Всякий раз, когда тусклые красные галактики показывают критическое «отсечение» длины волны, можно измерить их расстояние/красное смещение.
Комбинация спектроскопии (вверху), сравнения правдоподобия с подробным моделированием (в центре) и фотометрии (внизу) использовалась для определения расстояния до и свойств самой далекой галактики JADES-GS-z13 -0. Дальнейший анализ исключает другие возможности линий, в том числе углеродные, кислородные и бальмеровские изломы, гарантируя, что эта галактика действительно посылает нам свет колоссальными 13,5 миллиардами лет назад.
При красном смещении 13,2, что означает, что наблюдаемый свет на 1320% длиннее излучаемой длины волны, JADES-GS-z13-0 побивает старый рекорд Хаббла.
На этой иллюстрации показан спектр самой далекой галактики, идентифицированной на первом глубокопольном изображении JWST, вместе со спектральными линиями, соответствующими различным элементам и ионам. Спектр демонстрирует способность спектроскопии выявить неопровержимое расстояние и красное смещение для этого объекта, и эти методы используются для идентификации самых далеких галактик, обнаруживаемых JWST.
Три похожие, почти такие же удаленные галактики в одном и том же поле усиливают наблюдательный аргумент в пользу надежности этой галактики.
Четыре самых далеких галактики, идентифицированных как часть JADES, на данный момент включают три, которые превышают порог «самой далекой галактики», ранее установленный Хабблом. Учитывая, что к настоящему времени получено не более четверти всех данных JADES, этот рекорд, вероятно, снова упадет, возможно, несколько раз, в ближайшие месяцы и годы, но недвусмысленная особенность Лайманского прорыва может быть ясно видна.
JADES специально разработан для использования уникальных возможностей прибора JWST.
Это смоделированная мозаика JWST/NIRCam, созданная с помощью JAGUAR и симулятора изображения NIRCam Guitarra на ожидаемой глубине программы JADES Deep. В начале 2022 года ученые отметили, что в первый год своей научной деятельности JWST может побить многие рекорды, установленные Хабблом в течение 32-летнего (и продолжающегося) срока службы, включая рекорды для самой далекой галактики и самой далекой звезды. Первый только что упал.
По мере увеличения времени наблюдений будут появляться более тусклые и более далекие галактики, которые побьют даже этот новый рекорд.
Часть экстремального глубокого поля Хаббла, изображение которого было получено в течение 23 полных дней, в отличие от смоделированного изображения, ожидаемого Джеймсом Уэббом в инфракрасном диапазоне. С грядущими мозаиками большой площади, такими как COSMOS-Web и PANORAMIC, последняя из которых использует преимущества чисто параллельных наблюдений, мы должны не только побить космический рекорд для самой далекой галактики, но и узнать о том, какие самые ранние светящиеся объекты в Вселенная выглядела так.
Mostly Mute Monday рассказывает астрономическую историю с помощью изображений, визуальных эффектов и не более 200 слов. Меньше болтай; улыбайся больше.