23. november 2022

Fjernest kendte galakse-kandidat opdaget af James Webb

Rumteleskopet James Webb:

Mindre end en uge efter at rumteleskopet James Webb blev klar til sine videnskabelige optagelser, kom de første rapporter i preprint om rekordfjerne, og dermed rekordtidlige, galakser. Endnu mere bemærkelsesværdigt er det, at galakserne ser ud til at være så tunge, at de udfordrer vores forståelse af, hvordan struktur dannes i Universet. Nu har de første to af disse rapporter gået gennem den obligatoriske fagfællebedømmelse, og gør dermed resultaterne mere robuste. Men astronomerne venter stadig på det afgørende bevis — spektroskopi.

To udsnit af galaksehoben Abell 2744
To udsnit af galaksehoben Abell 2744, hvis tyngdekraft forstærker lyset fra meget fjerne, bagvedliggende galakser. Farverne er komponeret af flere infrarøde billeder, og de store felter er 2 bueminutter på tværs, svarende til 1/16 af fuldmånens vidde. Zoom-in-boksene viser galakserne GLASS-z10 and GLASS-z12, hvor sidstnævnte er en stærk kandidat til den fjerneste galakse, vi nogensinde har set. Kredit: NASA, ESA, CSA, Tommaso Treu (UCLA), Zolt G. Levay (STScI).

Kun fem dage efter at James Webb-teleskopet begyndte sine videnskabelige observationer i juli, dukkede de første rapporter om rekordfjerne galakser op. Endnu ikke i videnskabelige tidsskrifter, men på preprint-serveren arXiv.org, hvor forskere, ivrige efter at publicere deres resultater, normalt uploader deres manuskripter samtidig med at de indsender dem til tidsskrifterne.

Selvom artiklerne endnu ikke havde gennemgået den proces, som kaldes “fagfællebedømmelse”, eller peer-review, og som er så afgørende for videnskab, tiltrak de sig naturligvis mediernes opmærksomhed.

Observationer udfordrer teorier

Grunden var ikke kun, at det udforskede Univers nu var vokset. Hvad der er endnu mere fængslende er, at galakserne tilsyneladende indeholder mange flere stjerner end vi troede muligt. Faktisk udfordrer de selve fundamentet for vores forståelse af, hvordan Universets struktur bygges op over tid; den “kosmologiske standardmodel”.

“Fra et teoretisk synspunkt er de observerede masser ret gådefulde,” forklarer Charlotte Mason, lektor ved Cosmic Dawn Center (DAWN) i København. “Vi troede at vi ville være nødt til at gennemsøge et meget, meget større område i rummet, før vi fandt så store galakser. Den gennemsnitlige galakse burde simpelthen ikke have haft tid til at bygge så meget masse op i tidsrummet mellem Big Bang og dér hvor vi ser dem.”

Mason er medforfatter på den ene af de to første artikler, som nu er blevet accepteret til udgivelse. Dette arbejde, som blev ledet af Marco Castellano ved INAF Osservatorio Astronomico di Roma, rapporterer om opdagelsen af flere rekordfjerne galakser.

Rapporten dukkede op som preprint samtidigt med en anden artikel, ledet af Rohan Naidu ved MIT, som analyserede det samme felt på himlen, og som fandt flere af de samme galakser.

Et temmelig robust resultat

Som beskrevet i en nylig pressemeddelse fra Cosmic Dawn Center er den teknik, der er brugt til at bestemme afstande, en hurtig men noget upålidelig metode, som er kendt for somme tider at forveksle mere nærliggende galakser (eller endda lokale stjerner) med meget fjerne galakser. For at bekræfte afstandende er astronomerne nødt til at følge de enkelte galakser op med den mere tidskrævende spektroskopi, hvor man måler de enkelte lyspartiklers bølgelængder.

På trods af den manglende spektroskopi virker afstandene til to af galakserne — døbt GLASS-z10 and GLASS-z12 — til at være ret utvetydige. Og det faktum, at to forskellige hold, ved hjælp af to forskellige analyser, finder de samme afstande, er også betryggende.

Desuden blev Naidu-holdets analyse brugt på præcis samme måde for en knap så fjern galakse, også observeret med James Webb, som for nylig blev bekræftet spektroskopisk af et tredje hold astronomer, ledet af Haley Williams ved Minnesota Institute for Astrophysics.

Kandidaten til den fjerneste galakse vi nogensinde har set — kaldet GLASS-z12

Kandidaten til den fjerneste galakse vi nogensinde har set — kaldet GLASS-z12 — set gennem to forskellige filtre, som transmitterer lys ved de infrarøde bølgelængder 1.5 and 2.0 mikrometer. De hvide bjælker markerer galaksens position, og mørkere farve repræsenterer mere lys. Fordi galaksens kortbølgede lys absorberes af omkringliggende gas, er den stort set usynlig i 1.5 µm-filtret. Dette tillod astronomerne at estimere dens afstand. Kredit: R. Naidu, P. Oesch, et al.

Gabriel Brammer, som er lektor på DAWN, deltog i både Naidu-holdets og Williams-holdets studier. Det er også ham, der har udviklet det software, som blev brugt til at analysere dataene. Som det er almindeligt indenfor astronomi, er Brammers software offentligt tilgængeligt og et populært redskab blandt andre astronomer.

“Vi har brugt samme software og analyse for en anden galakse, som er næsten lige så langt væk som GLASS-z10. Jeg blev meget glad for at se, at vores resultat blev bekræftet spektroskopisk. Det demonstrerer analysens evner, og giver os tillid til at de udledte resultater er ret robuste,” siger Brammer.

Tidlig galakseudvikling

Selvom galaksernes store masser er svære at forene med vores nuværende forståelse af strukturdannelse, betyder det ikke nødvendigvis at vi er nødt til at revidere Universets standardmodel. Adskillige mindre dramatiske, men ikke desto mindre interessante, forklaringer er også på tegnebrættet:

“Vi ved meget lidt om de fysiske forhold i det tidlige Univers,” fortæller Pascal Oesch, andenforfatter på Naidu-artiklen og lektor ved DAWN. “Gennem det meste af Universets historie er galakser overraskende dårlige til at lave gas om til stjerner. Måske gjorde en endnu ukendt mekanisme tidlige galakser i stand til at danne stjerner hurtigere, eller at danne mere lysstærke stjerner.”

Med den meget nært (!) forestående spektroskopi, såvel som kommende observationer af større områder af rummet, vil den sande natur af disse og lignende mystiske galakse snart blive afsløret.

Artikler

Relaterede pressemeddelelser

Kontakt

Kontakt

Cosmic Dawn-centret

Cosmic Dawn Center (DAWN) er et internationalt grundforskningscenter i astronomi, støttet af Danmarks Grundforskningsfond.

DAWN er et samarbejde mellem Niels Bohr Institutet og DTU Space. Centeret er dedikeret til at afdække, hvornår og hvordan de første galakser, stjerner og sorte huller blev dannet og udviklede sig i det tidlige Univers, gennem observationer med de største eksisterende og fremtidige teleskoper i samspil med teoretisk arbejde og computersimuleringer.

Emner

Se også: