5 دقیقه
ستارهشناسان دانشگاه میزوری تصاویر فروسرخ تلسکوپ جیمز وب (JWST) را بررسی کردهاند و حدود ۳۰۰ جرم بسیار درخشان را شناسایی کردهاند که ممکن است کهکشانهایی از چند صد میلیون سال اول عالم باشند. با استفاده از تصاویر NIRCam و MIRI و ترکیب روش انتخاب «دراپآوت» و برازش توزیع انرژی طیفی (SED)، تیم مجموعه‌ای از کاندیداها را گزارش میکند که در صورت تأیید می‌توانند نیازمند بازنگری در مدلهای استاندارد شکلگیری و رشد کهکشانهای اولیه باشند.
روش‌های آشکارسازی: چگونه کاندیداها انتخاب شدند
این کشف با دوربین فروسرخ نزدیک (NIRCam) و ابزار فروسرخ میانی (MIRI) تلسکوپ جیمز وب آغاز شد؛ این ابزارها برای ثبت نور کشیده‌شده از عالم دور بهینه شده‌اند. نور کهکشانهایی که اندکی پس از انفجار بزرگ شکل گرفته‌اند به سمت طول‌موج‌های فروسرخ منتقل شده است: هرچه شیفت به سرخ بزرگ‌تر باشد، به دوره‌ای زودتر و طول‌موج مشاهده‌شده بلندتری اشاره دارد. تیم دانشگاه میزوری از این اثر استفاده کرد تا منابعی را جست‌وجو کند که در باندهای قرمزتر JWST درخشان به‌نظر می‌رسند اما در طول‌موج‌های آبیتر تضعیف یا ناپدید میشوند.
این نشانهٔ مشاهده‌ای معمولاً با روش «دراپآوت» جدا می‌شود: اجرامی که از فیلترهای آبیتر «دراپ‌اوت» می‌کنند کاندیداهای با شیفتبهسرخ بالا هستند، زیرا هیدروژن خنثی فوتون‌های فرابنفش را کوتاه‌تر از مرز لایمان جذب میکند. تیم از برشهای رنگ و قدر متناسب با فیلترهای JWST استفاده کرد تا فهرستی از دراپآوتهای به‌شدت درخشان را تولید کند.
تأیید کاندیداها: برازش SED و نقش طیفسنجی
پس از انتخاب اولیه، نویسندگان از برازش توزیع انرژی طیفی (SED) برای برآورد شیفتبهسرخ فوتومتریک، جرم‌های ستاره‌ای و سن‌ها استفاده کردند. برازش SED شارهای پهن‌باند مشاهده‌شده را با قالب‌های مدلی کهکشان مقایسه میکند تا در صورت نبود طیفسنجی، شیفتبهسرخ محتمل را استنتاج کند. اگرچه این روش قدرتمند است، روش‌های فوتومتریک ابهاماتی دارند: غبار، خطوط انتشار قوی یا آلودگی از اجرام کمشیفت می‌توانند یک SED با شیفتبهسرخ بالا را تقلید کنند.
طیفسنجی همچنان معیار طلایی است. با پراکندن نور در طول‌موج‌ها، طیفسنجی خطوط انتشار و جذب را آشکار میسازد که شیفتبهسرخ دقیق و تشخیص‌های فیزیکی مانند فلزیّت، حالت یونیزاسیون و کینماتیک گاز را فراهم می‌کنند. تیم گزارش می‌دهد که یکی از کاندیداهای درخشان آن‌ها قبلاً به‌صورت طیفی بهعنوان یک کهکشان اولیه تأیید شده، اما آن‌ها تأکید می‌کنند که برای ارزیابی اینکه آیا جمعیت کامل واقعاً متعلق به عالم با شیفتبهسرخ بسیار بالا است، تأییدهای طیفی متعدد لازم است.
زمینه علمی و پیامدها
اگر بخش قابلتوجهی از این ۳۰۰ منبع درخشان در شیفت‌به‌سرخ‌هایی قرار گیرند که به چند صد میلیون سال اول مربوط میشوند، انتظارات نظری فعلی ممکن است نیاز به بازنگری پیدا کنند. مدلهای استاندارد شکلگیری کهکشان توزیع فراوانی و نوردهی مشخصی را برای کهکشانهای اولیه پیش‌بینی می‌کنند؛ وجود جمعیت بزرگ‌تر از حد انتظار از سامانه‌های بسیار پرنور می‌تواند مدل‌ها را وادارد تا فرایندهای ستارهسازی سریعتر، تجمع جرم سریعتر یا خواص متفاوت بازخورد و غبار در نسل‌های نخست کهکشان‌ها را مدنظر قرار دهند.
اعضای اصلی تیم اشاره می‌کنند که حتی چند تأیید قوی با شیفتبهسرخ بالا می‌تواند شبیه‌سازی‌های عالم اولیه را وادار به بازنگری کند. پیگیری‌های دقیق با طیفسنجی JWST و مشاهدات تکمیلی از زمین برای افتراق کهکشانهای واقعی نخستین‌نور از آلودگی‌های کمشیفت ضروری خواهند بود.
ماموریت و مشاهدات آینده
تلسکوپ فضایی جیمز وب همچنان با حساسیت فروسرخ بی‌سابقه خود کیهان‌شناسی رصدی را متحول میکند. تصویربرداری عمیق NIRCam و کمپین‌های طیفسنجی هدفمند با طیف‌نگارهای NIRSpec و MIRI روی JWST به ستارهشناسان امکان خواهد داد که شیفتبهسرخ و ویژگی‌های فیزیکی قابل‌اطمینان برای این کاندیداها را اندازه‌گیری کنند. پیگیری‌های برنامه‌ریزی‌شده انتظار می‌رود که پرنورترین و قابل‌دسترس‌ترین اجرام را برای تأیید طیفی در اولویت قرار دهند.
دیدگاه کارشناسی
دکتر النا مارکز، یک اخترفیزیک‌دان ساختگی متخصص در بررسی‌های با شیفتبهسرخ بالا، می‌گوید: «کشف صدها دراپآوت بسیار درخشان در تصاویر JWST غیرمنتظره بود. انتخاب‌های فوتومتریک برای ساخت فهرست کاندیداها عالی هستند، اما تأیید طیفی مشخص خواهد کرد که آیا با یک جمعیت جدید از کهکشانهای اولیه و به‌سرعت تجمع‌یابنده روبه‌رو هستیم یا سیستم‌های غیرمعمول کمشیفت. هر نتیجه‌ای، چه یکی و چه دیگری، چیز مهمی درباره تکامل کهکشان‌ها و ابهامات مشاهده‌ای به ما خواهد آموخت.»
نتیجه‌گیری
فهرست حدوداً ۳۰۰ دراپآوت غیرعادی پرنور JWST که توسط تیم دانشگاه میزوری تهیه شده، هم توان و هم عدم قطعیت‌های فعلی بررسی‌های عمیق فروسرخ را برجسته میکند. انتخاب فوتومتریک و برازش SED مجموعه‌ای قانع‌کننده از کاندیداهای با شیفتبهسرخ بالا تولید کردهاند؛ طیفسنجی شیفتبهسرخ قطعی و تشخیص‌های فیزیکی را فراهم خواهد کرد. اگر تعداد قابلتوجهی از این منابع بهعنوان کهکشانهای اولیه واقعی تأیید شوند، نظریه‌پردازان باید مدلهای ستارهسازی و تجمع جرم در دوره‌های شکلگیری جهان را بازبینی کنند. نتایج در مقاله‌ای با عنوان «On the very bright dropouts selected using the James Webb Space Telescope NIRCam instrument,» منتشرشده در The Astrophysical Journal گزارش شده است.
منبع: sciencedaily
.avif)
نظرات