Σε μια νέα μελέτη, επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Μιζούρι κοίταξαν βαθιά στο σύμπαν και βρήκαν κάτι απροσδόκητο. Χρησιμοποιώντας υπέρυθρες εικόνες από το ισχυρό διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb της NASA (JWST), εντόπισαν 300 αντικείμενα που ήταν πιο φωτεινά από όσο θα έπρεπε.
«Αυτά τα μυστηριώδη αντικείμενα είναι υποψήφιοι γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν, που σημαίνει ότι μπορεί να είναι πολύ πρώιμοι γαλαξίες», δήλωσε ο Χαοτζίνγκ Γιαν, καθηγητής αστρονομίας στο Κολλέγιο Τεχνών και Επιστημών του Mizzou και συν-συγγραφέας της μελέτης.
«Αν ακόμη και λίγα από αυτά τα αντικείμενα αποδειχθούν ότι είναι όντως αυτό που πιστεύουμε, η ανακάλυψή μας μπορεί να αμφισβητήσει τις τρέχουσες ιδέες για το πώς σχηματίστηκαν οι γαλαξίες στο πρώιμο σύμπαν – την περίοδο που τα πρώτα άστρα και γαλαξίες άρχισαν να παίρνουν μορφή».
Αλλά η ταυτοποίηση αντικειμένων στο διάστημα δεν γίνεται ακαριαία. Απαιτεί μια προσεκτική διαδικασία βήμα-βήμα για να επιβεβαιωθεί η φύση τους, συνδυάζοντας προηγμένη τεχνολογία, λεπτομερή ανάλυση και λίγη κοσμική… αστυνομική έρευνα.
Η μελέτη με τίτλο «On the very bright dropouts selected using the James Webb Space Telescope NIRCam instrument» δημοσιεύτηκε στο The Astrophysical Journal.
Εντοπισμός των πρώτων ενδείξεων
Οι ερευνητές του Mizzou ξεκίνησαν χρησιμοποιώντας δύο από τις ισχυρές υπέρυθρες κάμερες του JWST: την Near-Infrared Camera και το Mid-Infrared Instrument. Και οι δύο έχουν σχεδιαστεί ειδικά για να ανιχνεύουν φως από τα πιο απομακρυσμένα σημεία του διαστήματος, κάτι που είναι καθοριστικό στη μελέτη του πρώιμου σύμπαντος.
Γιατί υπέρυθρο; Επειδή όσο πιο μακριά βρίσκεται ένα αντικείμενο, τόσο περισσότερο χρόνο ταξιδεύει το φως του για να φτάσει σε εμάς.
«Καθώς το φως αυτών των πρώιμων γαλαξιών ταξιδεύει στο διάστημα, τεντώνεται σε μεγαλύτερα μήκη κύματος – μετατοπίζεται από το ορατό φως στο υπέρυθρο», δήλωσε ο Γιαν. «Αυτή η επιμήκυνση ονομάζεται μετατόπιση προς το ερυθρό (redshift) και μας βοηθά να υπολογίσουμε πόσο μακριά βρίσκονται αυτοί οι γαλαξίες. Όσο μεγαλύτερη είναι η μετατόπιση προς το ερυθρό, τόσο πιο μακριά είναι ο γαλαξίας από εμάς στη Γη και τόσο πιο κοντά στην αρχή του σύμπαντος».
Το «dropout»
Για να εντοπίσουν καθέναν από τους 300 υποψήφιους πρώιμους γαλαξίες, οι ερευνητές του Mizzou χρησιμοποίησαν μια καθιερωμένη μέθοδο που ονομάζεται τεχνική dropout.
«Ανιχνεύει γαλαξίες με υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό αναζητώντας αντικείμενα που εμφανίζονται σε πιο κόκκινα μήκη κύματος αλλά εξαφανίζονται σε πιο μπλε – σημάδι ότι το φως τους έχει ταξιδέψει σε τεράστιες αποστάσεις και χρόνο», δήλωσε ο Μπανγκζένγκ «Τομ» Σαν, υποψήφιος διδάκτορας που εργάζεται με τον Γιαν και κύριος συγγραφέας της μελέτης.
«Αυτό το φαινόμενο είναι ενδεικτικό του “Lyman Break”, ενός φασματικού χαρακτηριστικού που προκαλείται από την απορρόφηση της υπεριώδους ακτινοβολίας από το ουδέτερο υδρογόνο. Καθώς η μετατόπιση προς το ερυθρό αυξάνεται, αυτό το χαρακτηριστικό μετακινείται σε πιο κόκκινα μήκη κύματος».
Εκτίμηση των λεπτομερειών
Ενώ η τεχνική dropout εντοπίζει κάθε υποψήφιο γαλαξία, το επόμενο βήμα είναι να ελεγχθεί αν θα μπορούσε να βρίσκεται σε «πολύ» υψηλή μετατόπιση προς το ερυθρό, είπε ο Γιαν.
«Ιδανικά, αυτό θα γινόταν χρησιμοποιώντας φασματοσκοπία, μια τεχνική που διαχέει το φως σε διαφορετικά μήκη κύματος για να εντοπίσει υπογραφές που θα επέτρεπαν έναν ακριβή υπολογισμό της μετατόπισης προς το ερυθρό», ανέφερε.
Αλλά όταν δεν υπάρχουν πλήρη φασματοσκοπικά δεδομένα, οι ερευνητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια τεχνική που ονομάζεται προσαρμογή κατανομής φασματικής ενέργειας (spectral energy distribution fitting). Αυτή η μέθοδος έδωσε στον Σαν και τον Γιαν μια βασική εκτίμηση για τις μετατοπίσεις προς το ερυθρό των υποψηφίων γαλαξιών τους – καθώς και για άλλες ιδιότητες όπως η ηλικία και η μάζα.
Στο παρελθόν, οι επιστήμονες συχνά θεωρούσαν ότι αυτά τα εξαιρετικά φωτεινά αντικείμενα δεν ήταν πρώιμοι γαλαξίες, αλλά κάτι άλλο που τους μιμούνταν. Ωστόσο, με βάση τα ευρήματά τους, ο Σαν και ο Γιαν πιστεύουν ότι αυτά τα αντικείμενα αξίζουν περαιτέρω μελέτη – και δεν πρέπει να αποκλείονται τόσο εύκολα.
«Ακόμη κι αν μόνο λίγα από αυτά τα αντικείμενα επιβεβαιωθούν ότι βρίσκονται στο πρώιμο σύμπαν, θα μας αναγκάσουν να τροποποιήσουμε τις υπάρχουσες θεωρίες σχηματισμού γαλαξιών», δήλωσε ο Γιαν.
Η τελική απάντηση
Η τελική δοκιμή θα χρησιμοποιήσει τη φασματοσκοπία – το «χρυσό πρότυπο» – για να επιβεβαιώσει τα ευρήματα της ομάδας.
Η φασματοσκοπία διασπά το φως σε διαφορετικά μήκη κύματος, όπως ακριβώς ένα πρίσμα διαχωρίζει το φως σε ένα ουράνιο τόξο χρωμάτων. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν αυτήν την τεχνική για να αποκαλύψουν το μοναδικό «δακτυλικό αποτύπωμα» ενός γαλαξία, το οποίο μπορεί να τους πει πόσο παλιός είναι, πώς σχηματίστηκε και από τι αποτελείται.
«Ένα από τα αντικείμενά μας έχει ήδη επιβεβαιωθεί μέσω φασματοσκοπίας ότι είναι πρώιμος γαλαξίας», δήλωσε ο Σαν. «Αλλά αυτό το αντικείμενο από μόνο του δεν είναι αρκετό. Θα χρειαστούμε περισσότερες επιβεβαιώσεις για να πούμε με βεβαιότητα αν οι τρέχουσες θεωρίες αμφισβητούνται».
Περισσότερες πληροφορίες: Bangzheng Sun et al, Σχετικά με τα πολύ φωτεινά σταγονίδια που επιλέχθηκαν χρησιμοποιώντας το όργανο NIRCam του διαστημικού τηλεσκοπίου James Webb, The Astrophysical Journal (2025). DOI: 10.3847/1538-4357/addbe0
Πληροφορίες περιοδικού: Αστροφυσικό Περιοδικό
Παρέχεται από το Πανεπιστήμιο του Μιζούρι
