Ang spectral analysis ng luminous galaxy na JADES-GS-z14-0 batay sa mga obserbasyon na ginawa noong Enero 2024 ay nagpakita ng redshift na 14.32 na ginagawa itong pinakamalayong galaxy na kilala (ang dating pinaka-malayong galaxy na kilala ay JADES-GS-z13-0 sa redshift ng z = 13.2). Ito ay nabuo sa unang bahagi ng uniberso mga 290 milyong taon pagkatapos ng Big Bang. Ang napakaraming liwanag ng bituin ay nagpapahiwatig na ito ay napakalaki at higit sa 1,600-light years ang laki. Ang gayong maliwanag, napakalaking at malaking kalawakan sa unang bahagi ng uniberso sa kosmikong bukang-liwayway ay sumasalungat sa kasalukuyang pag-unawa sa pagbuo ng kalawakan. Ang mga unang bituin sa uniberso ay ang mga Pop III na bituin na may zero-metal o napakababang metal. Gayunpaman, ang pag-aaral ng mga infrared na katangian ng JADES-GS-z14-0 galaxy ay nagpapakita ng pagkakaroon ng oxygen na nangangahulugang ang pagpapayaman ng metal ay nagpapahiwatig na ang mga henerasyon ng malalaking bituin ay nakumpleto na ang kanilang mga kurso sa buhay mula sa kapanganakan hanggang sa pagsabog ng supernova nang humigit-kumulang 290 milyong taon sa unang bahagi ng uniberso. Kaya, ang mga katangian ng kalawakan na ito ay salungat sa kasalukuyang pag-unawa sa pagbuo ng kalawakan sa unang bahagi ng uniberso.
Ang napakaagang uniberso, mga 380,000 taon pagkatapos ng Big Bang, ay napuno ng mga ionised na gas at ganap na malabo dahil sa pagkakalat ng mga photon ng mga libreng electron. Sinundan ito ng neutral na panahon ng unang bahagi ng uniberso na tumagal ng halos 400 milyong taon. Sa panahong ito, neutral at transparent ang uniberso. Ang unang liwanag ay lumitaw nang ang uniberso ay naging transparent, naging pula na inilipat sa hanay ng microwave dahil sa paglawak, at ngayon ay sinusunod bilang Cosmic Microwave Background (CMB). Dahil ang uniberso ay napuno ng mga neutral na gas, walang optical signal ang nailabas (kaya tinatawag na dark age). Ang mga hindi-ionized na materyales ay hindi naglalabas ng liwanag kaya nahihirapan sa pag-aaral ng maagang uniberso ng neutral na panahon. Gayunpaman, ang microwave radiation na 21 cm wavelength (naaayon sa 1420 MHz) na ibinubuga ng malamig, neutral na cosmic hydrogen sa panahong ito dahil sa hyperfine transition mula sa parallel spin patungo sa mas matatag na anti-parallel spin ay nag-aalok ng mga pagkakataon sa mga astronomo. Ang 21 cm microwave radiation na ito ay magiging redshift sa pag-abot sa lupa at mapapansin sa 200MHz hanggang 10 MHz frequency bilang mga radio wave. Ang Abutin (Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen) Nilalayon ng Eksperimento na tuklasin ang mailap na 21-cm na linya mula sa Cosmic Hydrogen.
Ang panahon ng reionization ay ang susunod na panahon sa kasaysayan ng unang bahagi ng uniberso na tumagal mula sa humigit-kumulang 400 milyong taon pagkatapos ng Big Bang hanggang 1 bilyong taon. Ang mga gas ay muling na-ionisado dahil sa mataas na enerhiyang UV radiation na ibinubuga ng makapangyarihang maagang mga bituin. Ang pagbuo ng mga kalawakan at quasar ay nagsimula sa panahong ito. Ang mga ilaw ng panahong ito ay pulang inilipat patungo sa pula at infrared na hanay. Ang mga malalim na pag-aaral sa larangan ay isang bagong simula sa pag-aaral ng maagang uniberso gayunpaman ang saklaw nito sa pagkuha ng mga primordial na ilaw ay limitado. Kinakailangan ang isang infrared observatory na nakabase sa kalawakan. Eksklusibong dalubhasa ang JWST sa infrared astronomy sa pag-aralan ang maagang uniberso.
James Webb Space Telescope (JWST) ay inilunsad noong Disyembre 25, 2021. Kasunod nito, inilagay ang tt sa isang orbit malapit sa Sun–Earth L2 Lagrange point na halos 1.5 milyong km mula sa lupa. Naging ganap itong gumana noong Hulyo 2022. Gamit ang mga pangunahing instrumentong pang-agham na nakasakay tulad ng NIRCam (Near Infrared Camera), NIRSpec (Near Infrared Spectrograph), MIRI (Mid-Infrared Instrument), naghahanap ang JWST ng mga optical/infrared signal mula sa mga unang bituin at galaxy. nabuo sa Uniberso para sa isang mas mahusay na pag-unawa sa pagbuo at ebolusyon ng mga kalawakan at pagbuo ng mga bituin at planetary system. Sa huling dalawang taon, nakagawa ito ng mga kamangha-manghang resulta sa paggalugad ng cosmic bukang-liwayway (ibig sabihin, ang panahon sa unang ilang daang milyong taon pagkatapos ng big bang kung saan ipinanganak ang mga unang kalawakan).
Programa ng JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES).
Nilalayon ng program na ito na pag-aralan ang ebolusyon ng kalawakan mula sa mataas na redshift hanggang sa cosmic na tanghali sa pamamagitan ng infrared imaging at spectroscopy sa GOODS-S at GOODS-N deep fields.
Sa unang taon, ang mga mananaliksik ng JADES ay nakatagpo ng daan-daang kandidatong kalawakan mula sa unang 650 milyong taon pagkatapos ng big bang. Noong unang bahagi ng 2023, nakakita sila ng galaxy sa kanilang dataset na mukhang nasa pulang shift na 14 na nagmumungkahi na iyon ay isang napakalayo na kalawakan ngunit napakaliwanag nito. Gayundin, lumilitaw na bahagi ito ng isa pang kalawakan dahil sa kalapitan. Kaya naman, napagmasdan nila ang pakinabang na iyon noong Oktubre 2023. Sinuportahan ito ng bagong data na nasa red shift na 14. Kailangan ang spectrum ng galaxy na ito para sa pagtukoy ng lokasyon ng Lyman-alpha break sa spectrum upang masukat ang red shift at matukoy ang edad.
Ang Lyman-alpha ay isang spectral emission line ng hydrogen sa Lyman series kapag ang mga electron ay lumipat mula n=2 hanggang n=1. Ang punto ng Lyman-alpha break sa spectrum ay tumutugma sa naobserbahang wavelength (λsiniyasat). Ang pulang shift (z) ay maaaring kalkulahin ayon sa formula z = (λsiniyasat – λpahinga) / λpahinga
JADES-GS-z14-0 galaxy
Alinsunod dito, muling naobserbahan ang kalawakan noong Enero 2024 gamit ang NIRCam (Near Infrared Camera) at NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Ang spectral analysis ay nagbigay ng malinaw na katibayan na ang kalawakan ay nasa redshift na 14.32, na ginagawa itong pinakamalayong galaxy na kilala (nakaraang pinaka-malayong talaan ng kalawakan (JADES-GS-z13-0 sa redshift ng z = 13.2). Pinangalanan itong JADES -GS-z14-0, isang kumikinang na kalawakan sa layo na 13.5 bilyong light years, higit pa sa 1,600 light years ang laki na nagmungkahi na ang mga batang bituin ang pinagmulan ng liwanag nito Hindi inaasahan ng isang kalawakan na umiiral nang wala pang 300 milyong taon pagkatapos ng Big Bang na magkaroon ng mga ganoong katangian.
Mayroong higit pang mga sorpresa sa tindahan.
Natuklasan ng mga mananaliksik ang JADES-GS-z14-0 sa mas mahabang wavelength gamit ang MIRI (Mid-Infrared Instrument). Nangangahulugan ito ng pagkuha ng visible-light range emissions mula sa galaxy na ito na red-shifted upang maging out of range para sa near-infrared na mga instrumento. Ang pagsusuri ay nagsiwalat ng pagkakaroon ng ionised oxygen na nagpapahiwatig ng mataas na stellar metallicity. Ito ay posible lamang kapag maraming henerasyon ng mga bituin ang nabuhay na sa kanilang mga kurso sa buhay.
Ang mga unang bituin sa uniberso ay may zero-metal o sobrang low-metal. Tinatawag silang mga Pop III star o Population III star. Ang mga low metal na bituin ay mga Pop II na bituin. Ang mga batang bituin ay may mataas na nilalaman ng metal at tinatawag na "Pop I star" o ang solar metal na mga bituin. Sa medyo mataas na 1.4% metallicity, ang araw ay isang kamakailang bituin. Sa astronomiya, ang anumang elementong mas mabigat kaysa sa helium ay itinuturing na isang metal. Ang mga hindi metal na kemikal tulad ng oxygen, nitrogen atbp ay mga metal sa konteksto ng kosmolohiya. Ang mga bituin ay nagpapayaman sa metal sa bawat henerasyon kasunod ng kaganapang supernova. Ang pagtaas ng nilalaman ng metal sa mga bituin ay nagpapahiwatig ng mas bata na edad.
Isinasaalang-alang ang edad ng galaxy na JADES-GS-z14-0 ay wala pang 300 milyong taon pagkatapos ng Big Bang, ang mga bituin sa galaxy na ito ay dapat na mga Pop III star na may zero-metal na nilalaman. Gayunpaman, natagpuan ng MIRI ng JWST ang pagkakaroon ng oxygen.
Dahil sa mga obserbasyon at natuklasan sa itaas, ang mga katangian ng unang bahagi ng universe galaxy JADES-GS-z14-0 ay hindi umaayon sa kasalukuyang pag-unawa sa pagbuo ng kalawakan. Paano maaaring ang isang kalawakan na may ganitong mga tampok ay napetsahan sa 290 milyong taon pagkatapos ng Bing Bang? Posibleng maraming ganoong mga kalawakan ang maaaring matuklasan sa hinaharap. Marahil ay umiral ang pagkakaiba-iba ng mga kalawakan sa Cosmic Dawn.
***
Sanggunian:
- Carniani, S., et al. 2024. Spectroscopic confirmation ng dalawang luminous galaxies sa redshift na 14. Nature (2024). Na-publish noong Hulyo 24, 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Preprint sa axRiv. Naisumite noong 28 Mayo 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485
- Helton JM, et al 2024. JWST/MIRI photometric detection sa 7.7 μm ng stellar continuum at nebular emission sa isang galaxy sa z>14. Preprint sa axRiv. Naisumite noong 28 Mayo 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462
- Ang NASA James Webb Space Telescope. Maagang mga highlight – Nahanap ng James Webb Space Telescope ng NASA ang Pinakamalayong Kilalang Galaxy. Nai-post noong 30 Mayo 2024. Magagamit sa https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy
***
