Iere universum: de fierste Galaxy "JADES-GS-z14-0" daagt Galaxy Formaasje modellen út  

Spektralanalyze fan ljochte galaxy JADES-GS-z14-0 basearre op waarnimmings makke yn jannewaris 2024 die bliken in redshift fan 14.32 dy't it de fierste bekendste galaxy makket (foarige meast fierste bekendste galaxy wie JADES-GS-z13-0 by de redshift fan z = 13.2). It waard foarme yn it iere universum sa'n 290 miljoen jier nei de Oerknal. De grutte hoemannichte stjerljocht betsjut dat it massaal is en mear as 1,600 ljochtjierren yn grutte is. Sa'n ljochte, massive en grutte galaxy yn it iere universum by kosmyske dawn taret it hjoeddeiske begryp fan galaxyfoarming. De earste stjerren yn it hielal wiene Pop III stjerren mei nul-metaal of ekstreem leech-metaal. Stúdzje fan ynfraread eigenskippen fan JADES-GS-z14-0 galaxy ûntbleatet lykwols de oanwêzigens fan soerstof, wat betsjut dat metaalferriking betsjut dat generaasjes fan massive stjerren har libbensrin fan berte oant supernova-eksploazje al mei sawat 290 miljoen jier yn it iere universum hawwe foltôge. Sa binne de eigenskippen fan dizze galaxy yn striid mei it hjoeddeiske begryp fan galaxyfoarming yn it iere universum.   

It tige iere universum, sa'n 380,000 jier nei de Oerknal, wie fol mei ionisearre gassen en wie folslein ûntrochsichtich fanwegen fersprieding fan fotonen troch de frije elektroanen. Dit waard folge troch it neutrale tiidrek fan 'e iere universum dy't sawat 400 miljoen jier duorre. Yn dit tiidrek wie it universum neutraal en transparant. It earste ljocht ûntstie doe't it universum trochsichtich waard, waard read feroare nei mikrogolfberik fanwege útwreiding, en wurdt no waarnommen as Cosmic Microwave Background (CMB). Om't it universum fol wie mei neutrale gassen, waard gjin optysk sinjaal útstjoerd (dêrfandinne donkere leeftyd neamd). Un-ionisearre materialen emitearje gjin ljocht, dus muoite by it bestudearjen fan it iere universum fan neutraal tiidrek. Mikrogolfstrieling fan 21 sm golflingte (oerienkommende mei 1420 MHz) útstjoerd troch de kâlde, neutrale kosmyske wetterstof yn dit tiidrek troch hyperfine oergong fan parallelle spin nei stabiler anty-parallelle spin, biedt lykwols kânsen foar astronomen. Dizze 21 sm mikrogolfstrieling soe redshifted wurde by it berikken fan ierde en sil wurde waarnommen op 200MHz oant 10 MHz frekwinsjes as radioweagen. De BERIKKE (Radio-eksperimint foar de analyze fan kosmyske wetterstof) Eksperimint is fan doel in ûntwykbere 21-sm line fan Cosmic Hydrogen te detektearjen.  

It tiidrek fan reionisaasje wie it folgjende tiidrek yn 'e skiednis fan it iere universum dat duorre fan sa'n 400 miljoen jier nei de Oerknal oant 1 miljard jier. De gassen waarden opnij ionisearre troch hege enerzjy UV-strielen dy't troch de krêftige iere stjerren útstjitten waarden. De formaasje fan stjerrestelsels en kwasars begûn yn dit tiidrek. De ljochten fan dit tiidrek binne read ferskood nei rjochting reade en ynfraread berik. Huble djippe fjildstúdzjes wiene in nij begjin yn 'e stúdzje fan' e iere universum, mar har omfang yn it fangen fan primordiale ljochten wie beheind. In ynfraread observatoarium basearre yn romte wie nedich. JWST spesjalisearre eksklusyf yn ynfraread astronomy oan studearje iere universum. 

James Webb Space Telescope (JWST) waard lansearre op 25 desimber 2021. Ferfolgens waard tt yn in baan pleatst by it Sun-Earth L2 Lagrange-punt sa'n 1.5 miljoen km fan de ierde ôf. It waard folslein operasjoneel yn july 2022. Mei help fan wichtige wittenskiplike ynstruminten oan board lykas NIRCam (Near Infrared Camera), NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), MIRI (Mid-Infrared Instrument), siket JWST nei optyske / ynfraread sinjalen fan 'e iere stjerren en galaxies foarme yn it hielal foar in better begryp fan 'e formaasje en evolúsje fan stjerrestelsels en de formaasje fan stjerren en planetêre systemen. Yn 'e lêste twa jier hat it fassinearjende resultaten produsearre yn' e ferkenning fan 'e kosmyske moarn (dat is de perioade yn 'e earste pear hûndert miljoen jier nei de oerknal wêr't de earste stjerrestelsels berne waarden).  

JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) programma 

Dit programma hat as doel om galaxy-evolúsje te studearjen fan hege redshift nei kosmyske middei troch ynfrareadôfbylding en spektroskopie yn 'e GOODS-S en GOODS-N djippe fjilden.  

Yn it earste jier kamen de JADES-ûndersikers hûnderten kandidaat-galaxies tsjin út de earste 650 miljoen jier nei de oerknal. Begjin 2023 fûnen se in galaxy yn har dataset dy't like te wêzen op in reade ferskowing fan 14, wat suggerearret dat it in ekstreem fiere galaxy wêze moat, mar it wie heul helder. Ek like it diel út te meitsjen fan in oare galaxy fanwegen tichtby. Dêrfandinne, se observearre dat winst yn oktober 2023. De nije gegevens stipe it wêzen op in reade ferskowing fan 14. In spektrum fan dizze galaxy wie nedich foar it identifisearjen fan lokaasje fan Lyman-alfa brek yn it spektrum te mjitten de reade ferskowing en bepale leeftyd. 

Lyman-alfa is in spektrale emisjeline fan wetterstof yn 'e Lyman-searje as elektroanen oergean fan n=2 nei n=1. It punt fan Lyman-alfa-brekking yn it spektrum komt oerien mei de waarnommen golflingte (λ_observearre). De reade ferskowing (z) kin wurde berekkene neffens de formule z = (λ_observearre – λ_rêst) / λ_rêst 

JADES-GS-z14-0 galaxy    

Dêrtroch waard de galaxy yn jannewaris 2024 wer waarnommen mei NIRCam (Near Infrared Camera) en NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Spektralanalyze levere dúdlik bewiis dat de galaxy op in redshift fan 14.32 wie, wêrtroch't it de fierste bekendste galaxy wie (foarige meast fierste galaxy-rekord (JADES-GS-z13-0 by de redshift fan z = 13.2). It waard neamd JADES -GS-z14-0, in ljochte galaxy op in ôfstân fan 13.5 miljard ljochtjier Fierder wie it foarby 1,600-ljochtjier yn grutte dy't suggereare dat jonge stjerren de boarne fan har ljochtheid binne sokke eigenskippen It past net goed yn besteande modellen fan galaxy formaasje.  

Der wiene mear ferrassingen yn petto.  

Undersikers koene JADES-GS-z14-0 op langere golflingten ûntdekke mei MIRI (Mid-Infrared Instrument). Dit betsjutte it fangen fan emissies fan sichtber ljocht berik fan dizze galaxy dy't read waarden ferpleatst om bûten berik te wurden foar near-ynfraread ynstruminten. Analyse die bliken de oanwêzigens fan ionisearre soerstof dy't in hege stellêre metalliciteit betsjuttet. Dit is allinich mooglik as in protte generaasjes fan stjerren har libbensrin al libbe hawwe.  

De earste stjerren yn it hielal hawwe nul-metaal of ekstreem leech-metaal. Se wurde neamd Pop III stjerren of Population III stjerren. Low metal stjerren binne Pop II stjerren. Jonge stjerren hawwe hege metaalynhâld en wurde "Pop I-stjerren" of de sinnemetaalstjerren neamd. Mei in relatyf hege 1.4% metalliciteit is sinne in resinte stjer. Yn astronomy wurdt elk elemint swierder as helium beskôge as in metaal. Gemyske net-metalen lykas soerstof, stikstof ensfh binne metalen yn kosmologyske kontekst. Stjerren krije metaal ferrike yn elke generaasje folgjende supernova-evenemint. Tanimmende metaalynhâld yn stjerren jout jongere leeftyd oan.   

Sjoen de leeftyd fan 'e galaxy JADES-GS-z14-0 is minder dan 300 miljoen jier nei de Oerknal, moatte de stjerren yn dizze galaxy Pop III-stjerren wêze mei nul-metaalynhâld. JWST's MIRI fûn lykwols oanwêzigens fan soerstof.  

Mei it each op 'e boppesteande waarnimmings en fynsten binne de eigenskippen fan' e iere universum-galaxy JADES-GS-z14-0 net oerien mei it hjoeddeistige begryp fan galaxyfoarming. Hoe koe in galaxy mei sokke funksjes datearre wurde nei 290 miljoen jier nei de Bing Bang? It is mooglik dat in protte sokke galaxies yn 'e takomst ûntdutsen wurde kinne. Miskien bestie in ferskaat oan galaxies by de Cosmic Dawn. 

*** 

Referinsjes:  

1. Carniani, S., en oaren. 2024. Spektroskopyske befêstiging fan twa ljochte stjerrestelsels op in redshift fan 14. Natuer (2024). Publisearre 24 july 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Preprint by axRiv. Yntsjinne 28 maaie 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485  

2. Helton JM, en oaren 2024. JWST / MIRI fotometryske deteksje op 7.7 μm fan it stellare kontinuum en nebulêre emisje yn in galaxy op z>14. Preprint by axRiv. Yntsjinne 28 maaie 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462 

3. De NASA James Webb Space Telescope. Iere hichtepunten - NASA's James Webb Space Telescope fynt meast ferneamdste Galaxy. Pleatst 30 mei 2024. Beskikber by https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy 

***