14ko urtarrilean egindako behaketetan oinarritutako JADES-GS-z0-2024 galaxia distiratsuaren analisi espektralak 14.32ko gorri-lehiaketa bat agerian utzi zuen eta horrek ezagutzen den galaxia urrunena bihurtzen du (aurreko galaxia urrunena JADES-GS-z13-0 zen gorrira lerratzean z = 13.2). Hasierako unibertsoan sortu zen Big Bang-aren ondoren 290 milioi urte ingurura. Izar-argiaren kopuru handiak esan nahi du masiboa dela eta 1,600 argi-urte baino gehiagokoa dela. Egunsenti kosmikoan dagoen unibertsoaren hasierako galaxia distiratsu, masibo eta handi batek zalantzan jartzen du galaxien sorreraren egungo ulermena. Unibertsoko lehen izarrak zero-metal edo oso metal baxua zuten Pop III izarrak izan ziren. Hala ere, JADES-GS-z14-0 galaxiaren propietate infragorrien azterketak oxigenoaren presentzia agerian uzten du, eta horrek esan nahi du metalen aberastea, eta horrek esan nahi du izar masiboen belaunaldiek beren bizitza-ibilbideak amaituta zituela jaiotzetik supernoben leherketa arte, 290 milioi urte inguru lehenago unibertsoan. Beraz, galaxia honen propietateak unibertso hasierako galaxien sorreraren egungo ulermenarekin bat datoz.
Unibertso goiztiarra, Big Bang-aren ondoren 380,000 urte ingurura, gas ionizatuz beteta zegoen eta guztiz opakua zen elektroi askeek fotoiak sakabanatzeagatik. Honen ostean 400 milioi urte inguru iraun zuen unibertso goiztiarren aro neutroa izan zen. Garai honetan, unibertsoa neutroa eta gardena zen. Lehen argia unibertsoa garden bihurtu zenean sortu zen, gorri bihurtu zen mikrouhinen eremura hedapenaren ondorioz, eta gaur egun Mikrouhinen Hondo Kosmikoa (CMB) bezala ikusten da. Unibertsoa gas neutroz beteta zegoenez, ez zen seinale optikorik igorri (horregatik aro iluna deritzo). Ionizatu gabeko materialek ez dute argirik igortzen, beraz, zaila da garai neutroaren hasierako unibertsoa aztertzeko. Hala ere, 21 cm-ko uhin-luzerako (1420 MHz-ri dagozkionak) mikrouhin-erradiazioek aro honetan zehar hidrogeno kosmiko hotzak eta neutroak igorritako spin paralelotik spin-paraleloaren aurkako egonkorragorako trantsizio hiperfinaren ondorioz aukerak eskaintzen dizkie astronomoei. 21 cm-ko mikrouhin-erradiazio hori lurrera iristean gorrira aldatuko litzateke eta 200MHz eta 10 MHz arteko maiztasunetan ikusiko da irrati-uhin gisa. The IRITSI (Hidrogeno kosmikoaren analisirako irrati-esperimentua) Hidrogeno kosmikotik 21 cm-ko lerro iheskorra detektatzeko helburua du esperimentuak.
Erreionizazioaren garaia unibertso goiztiarraren historiako hurrengo aroa izan zen, Big Bangaren ondorengo 400 milioi urte ingurutik 1 milioi urtera arte iraun zuena. Gasak berriro ionizatu ziren hasierako izar indartsuek igorritako energia handiko UV erradiazioen ondorioz. Garai honetan hasi zen galaxien eta quasarren eraketa. Garai honetako argiak gorriak dira gorri eta infragorrien eremuetara desplazatuta. Eremu sakoneko ikerketak hasiera berri bat izan ziren unibertso goiztiarra aztertzeko, baina argiak harrapatzeko bere esparrua mugatua zen. Espazioan oinarritutako behatoki infragorri bat behar zen. JWST infragorrien astronomian soilik espezializatuta dago unibertso goiztiarra aztertzea.
James Webb Teleskopio espaziala (JWST) 25eko abenduaren 2021ean jaurti zen. Ondoren, tt Eguzki-Lurra L2 Lagrange puntutik gertu orbita batean jarri zen lurretik 1.5 milioi km-ra. 2022ko uztailean guztiz funtzionatzen hasi zen. Ontzian dauden tresna zientifiko nagusiak erabiliz, hala nola NIRCam (Infragorri Inguruko Kamera), NIRSpec (Infragorri Hurbileko Espektrografoa), MIRI (Infragorri Ertaineko Instrumentua), JWST-k lehen izar eta galaxietako seinale optiko/infragorriak bilatzen ditu. Galaxien eraketa eta eboluzioa eta izarren eta planeta-sistemen eraketa hobeto ulertzeko Unibertsoan eratua. Azken bi urteetan, egunsenti kosmikoaren esplorazioan emaitza liluragarriak eman ditu (hau da, lehen galaxiak jaio ziren big bang-aren ondorengo lehen ehun milioi urteko aldia).
JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) programa
Programa honek galaxien bilakaera aztertzea du helburu gorrira lerratze handitik eguerdi kosmikora arte, irudi infragorrien eta espektroskopia bidez GOODS-S eta GOODS-N eremu sakonetan.
Lehenengo urtean, JADESeko ikertzaileek ehunka galaxia hautagai topatu zituzten big bangaren ondorengo lehen 650 milioi urteetakoak. 2023. urtearen hasieran, galaxia bat aurkitu zuten beren datu multzoan, 14ko gorri-aldaketan zegoela zirudien, oso urruneko galaxia izan behar zela iradokiz, baina oso distiratsua zen. Gainera, beste galaxia baten parte zela ematen zuen hurbiltasunagatik. Hori dela eta, irabazi hori 2023ko urrian ikusi zuten. Datu berriek 14ko gorri-aldaketan zegoela onartzen zuten. Galaxia honen espektro bat behar zen Lyman-alfa hausturaren kokapena identifikatzeko espektroan gorri-aldaketa neurtzeko eta adina zehazteko.
Lyman-alfa hidrogenoaren igorpen-lerro espektral bat da Lyman serieko elektroiak n=2tik n=1era igarotzen direnean. Lyman-alfa haustura puntua espektroan behatutako uhin-luzerari dagokio (λAtzemandako). Gorri aldaketa (z) formularen arabera kalkula daiteke z = (λAtzemandako – λgainerako) / λgainerako
JADES-GS-z14-0 galaxia
Horren arabera, galaxia berriro behatu zen 2024ko urtarrilean NIRCam (Near Infrared Camera) eta NIRSpec (Near Infrared Spectrograph) erabiliz. Analisi espektralak froga argiak eman zituen galaxia 14.32ko gorrira lerratzean zegoela, ezagutzen den galaxia urrunena bihurtuz (aurreko galaxia urruneneko erregistroa (JADES-GS-z13-0 z = 13.2ko gorrira lerratzean). JADES izena zuen. -GS-z14-0, 13.5 milioi argi urtera dagoen galaxia argitsua 1,600 argi-urteko tamainaz, izar gazteak bere argitasunaren iturria direla iradokitzen du. Gainera, izar-argiaren kantitateak esan nahi du Big Bang-etik 300 milioi urte baino gutxiagoko galaxia batek izan behar duela horrelako propietateak ez dira ondo egokitzen galaxien eraketa ereduetan.
Sorpresa gehiago zeuden gordeta.
Ikertzaileek JADES-GS-z14-0 uhin luzera luzeagoetan detektatu ahal izan zuten MIRI (Mid-Infrared Instrument) erabiliz. Honek galaxia honetatik argi ikusgaiaren barrutiaren emisioak harrapatzea esan nahi zuen, gorrira desplazatuta zeuden infragorri hurbileko tresnen irismenetik kanpo geratu zirenak. Azterketak oxigeno ionizatuaren presentzia agerian utzi zuen izarren metalizazio handia suposatzen duena. Hori posible da izar-belaunaldi askok dagoeneko beren bizitza-ibilbideak bizi izan dituztenean.
Unibertsoko lehen izarrek zero metala edo oso metal baxua dute. Pop III izarrak edo Population III izarrak deitzen dira. Metal baxuko izarrak Pop II izarrak dira. Izar gazteek metal eduki handia dute eta "Pop I izarrak" edo eguzki metalezko izarrak deitzen dira. Eguzkia %1.4ko metalitate nahiko altuarekin, eguzkia azken izar bat da. Astronomian, helioa baino astunagoa den edozein elementu metaltzat hartzen da. Oxigenoa, nitrogenoa eta abar bezalako metal ez-kimikoak testuinguru kosmologikoan metalak dira. Izarrek metala aberasten dute belaunaldi bakoitzean supernoben gertaeraren ondoren. Izarretako metal edukia handitzeak adin gazteagoa adierazten du.
JADES-GS-z14-0 galaxiaren adina Big Bang-etik 300 milioi urte baino gutxiagokoa dela kontuan hartuz, galaxia honetako izarrek zero metalezko edukia duten Pop III izarrak izan beharko lirateke. Hala ere, JWST-ren MIRI-k oxigenoaren presentzia aurkitu zuen.
Goiko behaketak eta aurkikuntzak ikusita, JADES-GS-z14-0 unibertso hasierako galaxiaren propietateak ez datoz bat galaxien sorreraren egungo ulermenarekin. Nola datatu liteke halako ezaugarriak dituen galaxia bat Bing Bang-aren ondorengo 290 milioi urtera? Baliteke etorkizunean horrelako galaxia asko aurkitzea. Agian galaxia aniztasun bat existitu zen Egunsenti Kosmikoan.
***
References:
- Carniani, S., et al. 2024. Bi galaxia argitsuren baieztapen espektroskopikoa 14. gorrira lerratze batean. Natura (2024). 24ko uztailaren 2024an argitaratua. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Aurreinprimaketa axRiv-en. 28ko maiatzaren 2024an bidalia. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485
- Helton JM, et al 2024. JWST/MIRI detekzio fotometrikoa izarren continuumaren 7.7 μm-tan eta galaxia batean z>14-ko igorpen nebularra. Aurreinprimaketa axRiv-en. 28ko maiatzaren 2024an bidalia. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462
- NASAko James Webb Espazio Teleskopioa. Hasierako aipamenak - NASAko James Webb Espazio Teleskopioak urrutiko galaxia aurkitu du. 30ko maiatzaren 2024ean argitaratua. Hemen eskuragarri https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy
***
. It was formed in the early universe about 290 million years after the Big Bang. The copious amount of starlight implies it is massive and is over 1,600-light years across in size. Such a luminous, massive and large galaxy in the early universe at cosmic dawn defies current understanding of galaxy formation. The first stars in the universe Pop III stars with zero-metal or extremely low-metal. However, study of infrared properties of JADES-GS-z14-0 galaxy reveals presence of oxygen which means metal enrichment implying generations of massive stars had already completed their life-courses from births to supernova explosion by about 290 million years in the early universe. Properties of this galaxy is at odds with the current understanding of galaxy formation in the early universe.){kind=link}