שבוע לאחר מכן, אסטרונומים מוצאים גלקסיה עמוקה עוד יותר אחורה בזמן

נתונים מטלסקופ החלל ווב הגיעו לידי אסטרונומים רק במהלך השבועות האחרונים, אבל הם חיכו לזה כבר שנים, וככל הנראה היו אמורים לצאת לניתוחים. התוצאה הייתה משהו כמו מרוץ אחורה בזמן, כאשר תגליות חדשות מוצאות עצמים שנוצרו קרוב יותר מתמיד למפץ הגדול שיצר את היקום שלנו. שבוע שעבר, אחד מהחיפושים האלה הופיעה גלקסיה שהייתה קיימת פחות מ-400 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. השבוע, ניתוח חדש בחר בגלקסיה כפי שהופיעה רק 233 מיליון שנים לאחר שהיקום צץ לקיום.

התגלית היא תוצר לוואי משמח של עבודה שנועדה לענות על שאלה כללית יותר: כמה גלקסיות עלינו לצפות לראות בנקודות זמן שונות לאחר המפץ הגדול?

אחורה בזמן

כפי שהזכרנו בשבוע שעבר, היקום המוקדם היה אטום לאור בכל אורכי גל הנושאים יותר אנרגיה מהדרוש כדי ליינן מימן. האנרגיה הזו נמצאת בחלק ה-UV של הספקטרום, אבל השינוי האדום שנגרם על ידי 13 מיליארד שנים של יקום מתרחב העביר את נקודת החיתוך הזו לחלק האינפרא אדום של הספקטרום. כדי למצוא גלקסיות מהזמן הזה, עלינו לחפש עצמים שאינם נראים באינפרא אדום קצר יותר אורכי גל (כלומר שאור היה פעם מעל לחתוך המימן), אבל כן מופיעים באנרגיה נמוכה יותר אורכי גל.

ככל שהגבול בין בלתי נראה לנראה עמוק יותר לתוך האינפרא אדום, כך ההיסט לאדום חזק יותר, והאובייקט מרוחק יותר. ככל שהאובייקט מרוחק יותר, כך הוא קרוב יותר בזמן למפץ הגדול.

מחקרים על הגלקסיות הללו יכולים לומר לנו משהו על תכונותיהן האישיות. אבל זיהוי אוסף גדול של גלקסיות מוקדמות יכול לעזור לנו לקבוע באיזו מהירות הן נוצרו ולזהות כל שינוי בדינמיקה של הגלקסיות שהתרחשו בזמן מסוים בעבר של היקום. שינוי זה לאורך זמן בתדירות העצמים הנראים מכונה "פונקציית בהירות", ונעשתה עבודה מסוימת כדי לאפיין את פונקציית הזוהר של גלקסיות מוקדמות. אבל אורכי הגל האינפרא אדום של הגלקסיות המוקדמות ביותר נספגים באטמוספירה של כדור הארץ, ולכן יש לצלם אותם מהחלל. וזו הייתה אחת ממטרות העיצוב של טלסקופ ווב.

העבודה החדשה התמקדה בבחינת פונקציית הזוהר של גלקסיות שנוצרו זמן קצר (במונחים אסטרונומיים) לאחר המפץ הגדול. אבל, ביצירת קטלוג של גלקסיות מוקדמות, החוקרים מבחינים במה שנראה כגלקסיה העתיקה ביותר שצולמה אי פעם.

הגדרת הפונקציה

החוקרים השתמשו בשני מקורות נתונים כדי לשחזר את מופעי הגלקסיות בנקודות זמן שונות. אחד מהם הופק על ידי ניתוח עבודה שנעשתה באמצעות טלסקופ אינפרא אדום מבוסס קרקע (ה-ESA של טלסקופ VISTA) וטלסקופ החלל שפיצר, ששניהם צילמו גלקסיות שהיו עתיקות יחסית כשהן הפיקו את האור שמגיע כעת לכדור הארץ - כ-600 מיליון שנים או יותר לאחר המפץ הגדול. השני היה מעורב בנתונים שנוצרו על ידי Webb, כולל אותם מערכי נתונים שנותחו במאמר דיווחנו עליו ואזור המצולם ב- פרסום תמונה פומבית ראשונה. בכל המקרים, החוקרים חיפשו את אותו הדבר: עצמים שהיו נוכחים באורכי גל אינפרא אדום ארוכים יותר אך נעדרים מאורכי גל קצרים יותר.

בסך הכל, הצוות זיהה 55 גלקסיות רחוקות, 44 מהן מעולם לא צוינו קודם לכן. שלושים ותשע מהם מגיעים מנתוני Webb, והנתון הזה כלל את שתי הגלקסיות העתיקות שזוהו בשבוע שעבר. המספרים אינם מדויקים במיוחד בהסטות לאדום גבוהות יותר, כאשר הם מבוססים על גלקסיה אחת או שתיים בלבד. אבל בסך הכל, המגמה מעידה על ירידה הדרגתית בעצמים הנראים עד לכמה מאות מיליוני שנים מהמפץ הגדול, ללא שינויים חדים או חתכים.

אבל הדבר הבולט הוא שיש נתונים לגלקסיה בהיסט לאדום גדול במיוחד (z = 16.7, למי שמבין את הדברים האלה). זה מציב אותו בפחות מ-250 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. המרחק הזה מבוסס בחלקו על העובדה שמסנן אורך הגל הראשון שבו האובייקט מופיע מראה שהוא עמום מאוד שם, מה שמרמז שהוא חלש באורכי הגל שהפילטר מאפשר דרך. זה מצביע על כך שהפסקת האור שנוצרת על ידי מימן קרובה לקצה הטווח של המסנן.

כמו הגלקסיות הרחוקות שתוארו בשבוע שעבר, נראה שגם לה יש ערך שווה ערך למיליארד שמשות של חומר בצורת כוכבים. החוקרים מעריכים שייתכן שהוא התחיל ביצירת כוכבים כבר 120 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול, ובוודאי עשה זאת עד 220 מיליון שנה.

החוקרים די בטוחים שהגלקסיה החדשה הזו מייצגת ממצא אמיתי: "לאחר חיפוש מקיף, איננו יכולים למצוא כרגע הסבר מניח את הדעת לכך עצם, מלבד גלקסיה בשיא חדש של היסט לאדום." ועל ידי הוספת אישור בלתי תלוי שני לממצאי הגלקסיה המוקדמים יותר, זה מגביר מאוד את האמון שיש לנו באלו תגליות. כל אלה מצביעים על כך שהטלסקופ החדש מספק כפי שהובטח, לפחות במונחים של גלקסיות מוקדמות.

השאלה הגדולה כעת היא מה יופיע כאשר הוא יצביע על אזורים של עדשות גבוהות, שאולי יוכלו להגדיל עצמים עד לנקודה שבה נוכל לצלם מבנים בתוך הגלקסיות המוקדמות הללו. יתכן שכבר עשינו זאת, אך נצטרך לחכות עד שהתיאורים יופיעו ב-arXiv.

ה-arXiv. מספר תקציר: 2207.12356 (לגבי arXiv).