James Webb opdager rekordfjern galakse, igen

Endnu engang har rumteleskopet James Webb udvidet vores kosmiske horisont: Med bekræftelsen af to galakser set omkring 300 millioner år efter Big Bang er vi nu tættere end nogensinde før på epoken for skabelsen af de første galakser. Mere end blot en ny rekord, er galakserne ekstremt klare, og tvinger os dermed til at genoverveje vores viden om, hvordan struktur dannes i Universet.

Zoom-in af de to galakser, set 13.5 milliard år tilbage i tiden. Kredit: JWST/ESA/NASA/The JADES Collaboration/Carniani et al. (2024).

Selvom rumteleskopet James Webb umiddelbart efter dets "indvielse" i juli 2022 slog den tidligere rekord for den fjernest kendte galakse, fortsætter dens jagt.

Ikke bare for at slå en rekord, men — ved at udnytte det faktum, at "fjern" også betyder "at se langt tilbage i tiden" — for at komme så tæt som muligt på Universets barndom, hvor de første galakser blev født.

Og i dag annoncerer et internationalt hold af astronomer, inklusive Peter Jakobsen fra Cosmic Dawn Center, så opdagelsen af to rekord-galakser.

Galakserne er fundet gennem programmet "JWST Advanced Deep Extragalactic Survey" (JADES), og er døbt JADES-GS-z14-0 og JADES-GS-z14-1. Først identificeret i billeder, som giver en hurtig, men usikker idé om deres afstand, er de nu blevet fulgt op med den mere tidskrævende, men også mere entydige, teknik spektroskopi.

Rekorden slår den gamle — også holdt af JADES-teamet — med 30 millioner år, hvilket bringer os et væsentligt skridt nærmere de allerførste galakser, der menes at være blevet skabt 100–200 millioner år efter Big Bang.

Bemærkelsesværdigt lysstærke

Især JADES-GS-z14-0, den fjerneste af de to, er bemærkelsesværdigt lysstærk, et tegn på en kraftig stjernedannelse. Hvis denne stjernedannelse har stået på i et stykke tid, kan galaksen allerede være temmelig stor, hvilket genopliver en tidligere diskussion fra Webbs første år:

Ifølge vores nuværende forståelse blev struktur bygget op i det tidlige Univers ved først at danne små klumper af stof, der så langsomt byggede sig op til større strukturer. Samtidig kan vores forståelse fra det lokale Univers af, hvor meget lys stjerner udsender, fortælle os hvordan man "oversætter" galaksernes lysstyrke til en samlet mængde stjerner.

Denne oversættelse er dog langt fra robust. Men hvis JADES-GS-z14-0's exceptionelle lysstyrke faktisk skyldes en usædvanlig mængde stjerner, udfordrer det enten vores forståelse af galaksedannelse, eller af stjernedannelse, eller af begge dele.

Mens de fleste astronomer er tilbøjelige til at tro på sidstnævnte, kan førstnævnte ikke udelukkes.

Zoom ind på JADES-GS-z140-0. Kredit: NASA, ESA, CSA, M. Zamani (ESA/Webb), Brant Robertson (UC Santa Cruz), Sandro Tacchella (Cambridge), Ben Johnson (Harvard), E. Curtis-Lake (UOH), S. Carniani (Scuola Normale Superiore), K. Hainline (University of Arizona), JADES Collaboration.

I princippet kan den høje lysstyrke også skyldes såkaldte "aktive galaksekerner": et centralt, supertungt sort hul, hvori store mængder gas vælter ned og blusser kraftigt op, før det forsvinder for evigt. Men i dette tilfælde er det stjernedannende område så udstrakt — spredt ud over omkring 1700 lysår — at teamet hævder, at galaksen sandsynligvis ikke indeholder nævneværdig galaksekerne-aktivitet.

Spektroskopi er nøglen

Galakserne blev først opdaget ved hjælp af James Webbs kamera NIRCam, og derefter bekræftet af opfølgende observationer lavet med teleskopets spektrograf NIRSpec, som blev udviklet under videnskabelig ledelse af Peter Jakobsen.

"Vores evne til at se 30 millioner år længere tilbage i tiden i forhold til vores tidligere rekordholder lyder måske ikke af meget i forhold til de 13,5 milliarder år, det har taget lyset fra JADES GS-14-0 for at nå os", siger Peter Jakobsen: "Men Universet var kun 300 millioner år gammelt, da lyset blev udsendt, så vi er nu i stand til at udforske tider 10% tættere på Big Bang end før, hvilket er betydeligt."

De øverste paneler viser billeder af JADES-GS-z14-0, taget gennem forskellige infrarøde filtre, fra 0.9 µm til 4.4 µm. Galaksen overlapper lidt med en forgrundsgalakse, som ligger i venstre side af billederne. Men JADES-GS-z14-0 er "usynlig" gennem 0.9 µm- og 1.5 µm-filtrene, fordi dets lys absorberes af omgivende gas.

Dette giver et hint om dens afstand, som JADES-holdet nu har bekræftet ved at tage det spektrum, der ses i det nederste panel. Den nøjagtige bølgelængde, hvor lyset mangler, fortæller os, hvor langt væk galaksen ligger. Kredit: Carniani et al. (2024).

 

Opdagelserne er rapporteret i tre forskellige artikler, som er tilgængelige på preprint-serveren arXiv. En af disse er netop blevet accepteret til offentliggørelse i det videnskabelige tidsskrift Astrophysical Journal.

Mere information

 

Tags: ,