NASAS Webb for at afsløre rigdomme i det tidlige univers

I årtier har teleskoper hjulpet os med at fange lys fra galakser, der blev dannet så langt tilbage som 400 millioner år efter big bang – utroligt tidligt i sammenhæng med universets 13,8 milliarder år lange historie. Men hvad var galakser, der eksisterede endnu tidligere, da universet var halvgennemsigtigt i begyndelsen af ​​en periode kendt som reioniseringens æra? NASAs næste flagskibsobservatorium, James Webb Space Telescope, er klar til at tilføje nye rigdomme til vores rigdom af viden, ikke kun ved at fange billeder fra galakser, der eksisterede så tidligt som de første par hundrede millioner år efter big bang, men også ved at give os detaljerede data kendt som spektre. Med Webbs observationer vil forskere for første gang kunne fortælle os om sammensætningen og sammensætningen af ​​individuelle galakser i det tidlige univers.

Next Generation Deep Extragalactic Exploratory Public (NGDEEP) Survey, ledet af Steven L. Finkelstein, en lektor ved University of Texas i Austin, vil målrette mod de samme to regioner, som udgør Hubble Ultra Deep Field-placeringerne i stjernebilledet Fornax, hvor Hubble brugte mere end 11 dage på at tage dybe eksponeringer. For at producere sine observationer målrettede Hubble-rumteleskopet nærliggende områder af himlen samtidigt med to instrumenter - lidt forskudt fra hinanden - kendt som et primært og et parallelt felt. "Vi har den samme fordel med Webb," forklarede Finkelstein. "Vi bruger to videnskabelige instrumenter på én gang, og de vil observere kontinuerligt." De vil pege Webbs Near-Infrared Imager og Slitless Spectrograph (NIRISS) på det primære Hubble Ultra Deep Field og Webbs Near-Infrared Camera (NIRCam) på det parallelle felt, hvilket får dobbelt så meget for deres "penge" af teleskoptid.

Til billeddannelsen med NIRCam vil de observere i over 125 timer. For hvert minut, der går, vil de få mere og mere information fra dybere og dybere i universet. Hvad søger de? Nogle af de tidligste galakser, der blev dannet. "Vi har virkelig gode indikationer fra Hubble om, at der er galakser på plads på et tidspunkt 400 millioner år efter big bang," sagde Finkelstein. "Dem, vi ser med Hubble, er ret store og meget lyse. Det er højst sandsynligt, at der er mindre, svagere galakser, som er dannet endnu tidligere, og som venter på at blive fundet."

Dette program vil kun bruge omkring en tredjedel af den tid, Hubble til dato har brugt på lignende undersøgelser. Hvorfor? Dels skyldes det, at Webbs instrumenter er designet til at fange infrarødt lys. Når lys rejser gennem rummet mod os, strækker det sig til længere, rødere bølgelængder på grund af universets udvidelse. "Webb vil hjælpe os med at skubbe alle grænser," sagde Jennifer Lotz, en medforsker på forslaget og direktør for Gemini Observatory, en del af National Science Foundations NOIRLab (National Optical-Infrared Astronomy Research Laboratory). "Og vi vil frigive dataene med det samme til gavn for alle forskere."

Disse forskere vil også fokusere på at identificere metalindholdet i hver galakse, især i mindre og svagere galakser, der endnu ikke er blevet grundigt undersøgt - specifikt med de spektre, Webbs NIRISS-instrument leverer. "En af de grundlæggende måder, hvorpå vi sporer evolution på tværs af kosmisk tid, er ved mængden af ​​metaller, der er i en galakse," forklarede Danielle Berg, en assisterende professor ved University of Texas i Austin og en medforsker på forslaget. Da universet begyndte, var der kun brint og helium. Nye grundstoffer blev dannet af successive generationer af stjerner. Ved at katalogisere indholdet af hver galakse vil forskerne være i stand til at plotte præcist ud, hvornår forskellige elementer eksisterede og opdatere modeller, der projicerer, hvordan galakser udviklede sig i det tidlige univers.

Tilbagetrækning af nye lag

Et andet program, ledet af Michael Maseda, en assisterende professor ved University of Wisconsin-Madison, vil undersøge det primære Hubble Ultra Deep Field ved hjælp af microshutter-arrayet i Webb's Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec). Dette instrument returnerer spektre for specifikke objekter afhængigt af, hvilke miniature skodder forskere åbner. "Disse galakser eksisterede i løbet af de første milliard år i universets historie, som vi har meget lidt information om til dato," forklarede Maseda. "Webb vil levere den første store prøve, der vil give os chancen for at forstå dem i detaljer."

Vi ved, at disse galakser eksisterer på grund af omfattende observationer, som dette hold har lavet – sammen med et internationalt forskerhold – med det jordbaserede Very Large Telescopes Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) instrument. Selvom MUSE er "spejderen", der identificerer mindre, svagere galakser i dette dybe felt, vil Webb være det første teleskop til fuldt ud at karakterisere deres kemiske sammensætning.

Disse ekstremt fjerne galakser har vigtige implikationer for vores forståelse af, hvordan galakser blev dannet i det tidlige univers. "Webb vil åbne et nyt rum for opdagelse," forklarede Anna Feltre, en forsker ved National Institute for Astrophysics i Italien og en medforsker. "Dens data vil hjælpe os med at lære præcis, hvad der sker, når en galakse dannes, herunder hvilke metaller de indeholder, hvor hurtigt de vokser, og om de allerede har sorte huller."

Denne forskning vil blive udført som en del af Webbs General Observer (GO) programmer, som er konkurrencedygtigt udvalgt ved hjælp af en dobbelt-anonym anmeldelse, det samme system som bruges til at allokere tid på Hubble Space Telescope. + Udforsk yderligere

Webb-teleskopets første fuldfarve, videnskabelige billeder kommer i juli