August 7, 2022

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Eine Woche später fanden Astronomen eine zeitlich tiefere Galaxie

Eine Woche später fanden Astronomen eine zeitlich tiefere Galaxie
Zoomen / Das James-Webb-Weltraumteleskop erfüllt weiterhin seine Versprechen, frühe Galaxien zu entdecken.

NASA

Die Daten des Webb-Weltraumteleskops sind erst in den letzten Wochen in die Hände der Astronomen gelangt, aber sie haben jahrelang darauf gewartet, und es sieht so aus, als ob die Analysen vorhanden sind. Das Ergebnis war wie ein Rennen in die Vergangenheit, als neue Entdeckungen Objekte fanden, die viel näher an dem Urknall entstanden sind, der unser Universum hervorbrachte. Letzte Woche, Eine dieser Suchen Eine Galaxie, die existierte, erschien weniger als 400 Millionen Jahre nach dem Urknall. Diese Woche enthüllte eine neue Analyse eine Galaxie, die nur 233 Millionen Jahre nach der Entstehung des Universums erschien.

Diese Entdeckung ist ein glückliches Nebenprodukt der Arbeit, die darauf abzielt, eine allgemeinere Frage zu beantworten: Wie viele Galaxien sollten wir zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Urknall erwarten?

Zurück in der Zeit

Wie wir letzte Woche berichteten, war das frühe Universum undurchlässig für Licht bei allen Wellenlängen, die mehr Energie tragen, als zur Ionisierung von Wasserstoff erforderlich ist. Diese Energie liegt im ultravioletten Teil des Spektrums, aber die Rotverschiebung, die durch die 13 Milliarden Jahre dauernde Expansion des Universums verursacht wurde, hat diesen Grenzpunkt in den infraroten Teil des Spektrums verschoben. Um Galaxien aus dieser Zeit zu finden, müssen wir nach Objekten suchen, die bei kürzeren Infrarotwellenlängen nicht sichtbar sind (was bedeutet, dass das Licht einmal über dem Wasserstoff-Grenzwert lag), aber bei Wellenlängen mit niedrigerer Energie erscheinen.

Je tiefer die Grenze zwischen sichtbar und unsichtbar im Infrarot, desto stärker die Rotverschiebung und desto weiter entfernt das Objekt. Je weiter ein Objekt entfernt ist, desto näher liegt die Zeit am Urknall.

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Untersuchungen dieser Galaxien können uns etwas über ihre individuellen Eigenschaften sagen. Aber die Identifizierung einer großen Gruppe früher Galaxien kann uns helfen, festzustellen, wie schnell sie entstanden sind, und alle Änderungen in der galaktischen Dynamik zu identifizieren, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Vergangenheit des Universums aufgetreten sind. Diese Änderung der Häufigkeit sichtbarer Objekte im Laufe der Zeit wird als „Leuchtkraftfunktion“ bezeichnet, und einige Arbeiten wurden durchgeführt, um die Leuchtkraftfunktion früher Galaxien zu beschreiben. Aber die infraroten Wellenlängen der ersten Galaxien werden von der Erdatmosphäre absorbiert und müssen daher aus dem Weltraum abgebildet werden. Dies war eines der Designziele des Webb-Teleskops.

Die neue Arbeit konzentrierte sich auf die Untersuchung der Leuchtkraftfunktion von Galaxien, die kurz (astronomisch gesehen) nach dem Urknall entstanden sind. Aber als sie einen Katalog früher Galaxien erstellten, entdeckten die Forscher die scheinbar älteste jemals fotografierte Galaxie.

Berufswahl

Die Forscher nutzten zwei Datenquellen, um das Erscheinen von Galaxien zu unterschiedlichen Zeitpunkten zu rekonstruieren. Eines wurde durch die Analyse der mit einem Infrarotteleskop (ESA’s Teleskop Aussicht) und das Spitzer-Weltraumteleskop, die beide Galaxien abbildeten, die relativ älter waren, als sie das Licht erzeugten, das jetzt die Erde erreicht – etwa 600 Millionen Jahre oder mehr nach dem Urknall. Andere von Webb generierte eingebettete Daten, einschließlich der in der Veröffentlichung analysierten Datensätze Melden Sie uns Und in der Gegend wurde gefilmt Die erste öffentliche Bildveröffentlichung. In allen Fällen suchten die Forscher nach demselben: Dinge, die bei den längeren Infrarotwellenlängen vorhanden waren, aber bei den kürzeren fehlten.

Insgesamt identifizierte das Team 55 ferne Galaxien, von denen 44 noch nie zuvor beobachtet worden waren. Neununddreißig von ihnen stammen aus Webdaten, und diese Zahl schließt die beiden alten Galaxien ein, die letzte Woche identifiziert wurden. Die Zahlen sind für höhere Rotverschiebungen nicht besonders genau, da sie nur auf einer oder zwei Galaxien basieren. Aber im Allgemeinen geht der Trend zu einer allmählichen Abnahme der sichtbaren Objekte innerhalb weniger hundert Millionen Jahre nach dem Urknall, ohne scharfe Änderungen oder Schnitte.

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Aber das Erstaunliche ist, dass es Daten für eine Galaxie mit einer sehr großen Rotverschiebung gibt (z = 16,7, für diejenigen, die dieses Zeug verstehen). Damit sind es weniger als 250 Millionen Jahre nach dem Urknall. Dieser Abstand hängt teilweise von der Tatsache ab, dass der erste Wellenlängenfilter, in dem das Objekt erscheint, dort sehr schwach erscheint, was anzeigt, dass er bei den Wellenlängen, die der Filter zulässt, schwach ist. Dies zeigt an, dass die wasserstoffinduzierte Lichtunterbrechung nahe der Kante des Filterbands liegt.

Wie die letzte Woche beschriebenen fernen Galaxien scheint auch sie das Äquivalent von einer Milliarde Sonnen an Materie in Form von Sternen zu haben. Forscher schätzen, dass es möglicherweise 120 Millionen Jahre nach dem Urknall begonnen hat, Sterne zu bilden, und dies sicherlich vor 220 Millionen Jahren.

Die Forscher sind sich ziemlich sicher, dass es sich bei dieser neuen Galaxie um eine echte Entdeckung handelt: „Nach umfangreicher Recherche können wir derzeit keine vernünftige Erklärung für dieses Objekt finden, außer einer neuen Rotverschiebungsgalaxie.“ Und indem es eine zweite unabhängige Bestätigung früherer Galaxienentdeckungen hinzufügt, erhöht es unser Vertrauen in diese Entdeckungen erheblich. All dies deutet darauf hin, dass das neue Teleskop zumindest in Bezug auf frühe Galaxien hält, was es verspricht.

Die große Frage ist nun, was erscheinen wird, wenn sie auf Regionen mit hohen Linsen zielen, die in der Lage sein könnten, Objekte so weit heranzuzoomen, dass wir die Strukturen innerhalb dieser frühen Galaxien abbilden können. Das haben wir wahrscheinlich schon getan, aber wir müssen warten, bis die Beschreibungen in der arXiv-Datei erscheinen.

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arXiv-Datei. Abstractnummer: 2207.12356 (Über arXiv).