Tag: Wielki Wybuch

Astronomowie po raz pierwszy dostrzegli gwiazdy w najodleglejszych galaktykach

Radosław B. AMBROŻY

Od czasu wystrzelenia 25 grudnia 2021 r. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST) wykonał najostrzejsze i najbardziej szczegółowe zdjęcia Wszechświata, przewyższając nawet swojego poprzednika, Kosmiczny Teleskop Hubble’a. Ale szczególnie ekscytujące są rodzaje obserwacji, których możemy się spodziewać, podczas których JWST wykorzysta swoje zaawansowane możliwości, aby zająć się niektórymi z najbardziej palących tajemnic kosmologicznych. Na przykład problemem są supermasywne czarne dziury o wysokim przesunięciu ku czerwieni (SMBH) lub jasno świecące kwazary, które istniały podczas pierwszego miliarda lat Wszechświata.

Do tej pory astronomowie nie byli w stanie określić, w jaki sposób SMBH mogły powstać tak szybko po Wielkim Wybuchu. Częścią problemu było to, że do niedawna gwiazdy w galaktykach macierzystych z wartościami przesunięcia ku czerwieni Z>2 (w promieniu 10,324 miliarda lat świetlnych) były nieuchwytne. Ale dzięki JWST, międzynarodowy zespół astronomów ostatnio po raz pierwszy zaobserwował gwiazdy w kwazarach przy Z>6 (w odległości 12,716 miliardów lat świetlnych). Ich obserwacje mogą w końcu pozwolić astronomom ocenić procesy we wczesnych kwazarach, które rządziły powstawaniem i ewolucją pierwszych SMBH.

Zespół składał się z astronomów z wielu instytutów, uniwersytetów i obserwatoriów w Japonii, Chinach, Europie, Wielkiej Brytanii, USA, Brazylii, Tajwanie i Izraelu. Godne uwagi instytucje obejmują Instytuty Kavli , Instytuty Maxa Plancka , Institut d’Astrophysique de Paris (IAP) oraz obserwatoria, takie jak Narodowe Obserwatorium Astronomiczne Japonii (NAOJ), Obserwatorium WM Kecka , Obserwatorium Stewarda , Obserwatorium Leiden , i inni. Ich badanie zatytułowane „ Pierwsze detekcje światła gwiazdowego z galaktyk macierzystych kwazarów przy z>6 ” jest recenzowane pod kątem publikacji w czasopiśmie Nature.

Przed JWST obserwacje galaktyk o wysokim przesunięciu ku czerwieni były ograniczone jakością danych i nie mogły zapewnić niezbędnej wysokiej jakości funkcji rozproszenia punktu (PSF). Opisuje zdolność układu optycznego do uzyskiwania wysokiej rozdzielczości i skupionych obrazów odległego punktowego źródła światła. Aby rzucić nieco światła na nowe obserwacje, Universe Today rozmawiało z kierownikiem projektu i głównym autorem Xuheng Ding (Kavli PMU) oraz współautorami Masafusa Onoue (Kavli PMU/Max Planck Institute for Astronomy) i Johnem D. Silvermanem (Kavli PMU/University Tokio).

Zasadniczo, aby odsłonić galaktykę macierzystą kwazara, należy przeprowadzić rozkład obrazu kwazara + hosta. Kwazar jest źródłem punktowym, które jest nierozdzielone i może być opisane przez skalowany PSF. Zwykle te informacje o PSF pochodzą z pojedynczych gwiazd w polu widzenia.

Poza tym JWST ma dane o wyższej rozdzielczości i może obserwować bardziej czerwoną długość fali w porównaniu z HST, aby umożliwić badanie próbki o wyższym przesunięciu ku czerwieni. Kolejną zaletą tego programu jest to, że zaproponowaliśmy obserwację kwazara o niższej jasności, co ułatwia odejmowanie obrazów kwazarów.

Kwazary, które wybrali do swoich badań, to J2255+0251 i J2236+0032, dwa kwazary o stosunkowo niskiej jasności i przesunięciach ku czerwieni 6,34 i 6,40. Odpowiada to odległości około 13,43657 i 13,5637 miliardów lat świetlnych. Kwazary te zostały po raz pierwszy zidentyfikowane w ramach przeglądu znanego jako Subaru High-z Exploration of Low-luminosity Quasars (SHELLQ). W tym badaniu wykorzystano instrument HSC Teleskopu Subaru do obserwacji 162 kwazarów o niskiej jasności, które istniały miliard lat po Wielkim Wybuchu.

Te kwazary są teraz przedmiotem dalszych obserwacji w ramach programu JWST w celu badania galaktyk o wysokim przesunięciu ku czerwieni i po raz pierwszy obserwowania gwiazd w ich dyskach. W ramach swoich badań zespół przeanalizował dane uzyskane za pomocą kamery JWST Near-Infrared Camera (NIRCam), a następnie modelował i odejmował blask samych kwazarów. Następnie porównali swoje obserwacje z badaniami symulowanych kwazarów przy dużym przesunięciu ku czerwieni. Zespół zauważył kilka interesujących cech tych kwazarów i ich SMBH, które odróżniają je od innych wczesnych galaktyk.

Wyniki pokazują, że galaktyki macierzyste tych dwóch kwazarów są masywne i zwarte. Centralne pozycje są przesunięte w stosunku do kwazarów, prawdopodobnie z powodu nierównomiernego tłumienia pyłu lub mogą wskazywać, że te SMBH nie znajdują się jeszcze w centrum studni potencjału grawitacyjnego.powiedział Ding wraz ze współpracownikami.

Jest to podobne do ostatnich obserwacji galaktyk macierzystych kwazarów Z>6, które opierały się na Atacama Large Millimeter-submillimeter Array (ALMA). Obserwacje te wykazały również przesunięcia we wczesnych kwazarach między centralnymi SMBH a otaczającym je międzygwiezdnym gazem, pyłem i gwiazdami. Zespół zauważa również, że te przesunięcia mogą wynikać z asymetrii generowanych przez siły pływowe, prawdopodobnie z powodu interakcji galaktyk lub zbrylonej akrecji zimnego gazu. Zespół przetestuje te hipotezy w kolejnych artykułach w oparciu o dane ze spektrografu bliskiej podczerwieni (NIRSpec) firmy JWST dotyczące 12 wczesnych kwazarów. Jak stwierdzili astronomowie pod kierownictwem prof. Ding:

Ważność tego pierwszego artykułu podkreśla ogromną moc JWST i dowód na to, że możliwe jest wykrycie hosta kwazara przy z>6. Ostatecznie nasz program ustali pierwsze pomiary kwazarów z ~ 6 masy gwiazdy macierzystej i stosunku mas SMBH, które zostaną wykorzystane do zrozumienia ich koewolucji galaktyki i jej centralnego SMBH. Prace te będą również przydatne w zrozumieniu pochodzenia SMBH we wczesnym Wszechświecie.powiedział Ding wraz ze współpracownikami.

Mała, ukryta galaktyka pozwala zajrzeć w przeszłość

Radosław B. AMBROŻY

Wyglądając zza blasku jasnej gwiazdy na pierwszym planie, astronomowie odkryli najbardziej niezwykły jak dotąd przykład pobliskiej galaktyki o cechach, które bardziej przypominają galaktyki z odległego, wczesnego Wszechświata. Mała zaledwie 1200 lat świetlnych średnicy maleńka galaktyka HIPASS J1131-31 została nazwana „Peekaboo” ze względu na jej pojawienie się w ciągu ostatnich 50-100 lat zza szybko poruszającej się gwiazdy, która przesłaniała astronomom możliwość jej wykrycia.

Odkrycie to wspólny wysiłek teleskopów naziemnych i kosmicznych, w tym potwierdzenie przez Kosmiczny Teleskop Hubble’. Razem badania dostarczają kuszących dowodów na to, że Galaktyka Peekaboo jest najbliższym przykładem procesów formowania się galaktyk, które zwykle miały miejsce niedługo po Wielkim Wybuchu, 13,8 miliarda lat temu.

Odkrycie Galaktyki Peekaboo jest jak odkrycie bezpośredniego okna do przeszłości, które pozwala nam badać jej ekstremalne środowisko i gwiazdy na poziomie szczegółowości niedostępnym w odległym, wczesnym Wszechświecie.powiedział astronom Gagandeep Anand z Space Telescope Science Institute w Baltimore w stanie Maryland, współautor nowego badania nad intrygującymi właściwościami Peekaboo.

Astronomowie opisują galaktyki takie jak Peekaboo jako „ekstremalnie ubogie w metale” (XMP). W astronomii „metale” odnoszą się do wszystkich pierwiastków cięższych od wodoru i helu. Bardzo wczesny Wszechświat prawie w całości składał się z pierwotnego wodoru i helu, pierwiastków powstałych w Wielkim Wybuchu. Cięższe pierwiastki zostały wytworzone przez gwiazdy na przestrzeni kosmicznej historii, budując ogólnie bogaty w metale Wszechświat, w którym ludzie znajdują się obecnie. Życie, jakie znamy, składa się z cięższych „cegiełek”, takich jak węgiel, tlen, żelazo i wapń. Podczas gdy najwcześniejsze galaktyki Wszechświata były domyślnie XMP, podobnie ubogie w metale galaktyki znaleziono również we Wszechświecie lokalnym . Peekaboo przykuło uwagę astronomów, ponieważ nie tylko jest to galaktyka XMP bez znacznej starszej populacji gwiazd, ale w odległości zaledwie 20 milionów lat świetlnych od Ziemi znajduje się co najmniej w połowie odległości od wcześniej znanych młodych galaktyk XMP.

Peekaboo zostało po raz pierwszy wykryte jako region zimnego wodoru ponad 20 lat temu za pomocą australijskiego radioteleskopu Parkes Murriyang, w badaniu HI Parkes All Sky Survey przez profesora Bärbela Koribalskiego, który jest astronomem z australijskiej krajowej agencji naukowej CSIRO i współautorem najnowszego badania nad metalicznością Peekaboo. Obserwacje w dalekim ultrafiolecie przeprowadzone przez kosmiczną misję NASA Galaxy Evolution Explorer (GALEX) wykazały, że jest to zwarta galaktyka niebieskiego karła.

Na początku nie zdawaliśmy sobie sprawy, jak wyjątkowa jest ta mała galaktyka. Teraz, dzięki połączonym danym z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a, Południowoafrykańskiego Wielkiego Teleskopu (SALT) i innych, wiemy, że Galaktyka Peekaboo jest jedną z najbardziej ubogich w metale galaktyk, jakie kiedykolwiek wykryto.powiedział Koribalski o Peekaboo.

Kosmiczny Teleskop Hubble’a był w stanie rozdzielić około 60 gwiazd w tej maleńkiej galaktyce, z których prawie wszystkie wydają się mieć kilka miliardów lat lub mniej. Pomiary metaliczności Peekaboo za pomocą SALT uzupełniły obraz. Wszystkie te odkrycia podkreślają zasadniczą różnicę między Peekaboo a innymi galaktykami we Wszechświecie lokalnym, które zazwyczaj mają stare gwiazdy mające wiele miliardów lat. Gwiazdy Peekaboo wskazują, że jest to jedna z najmłodszych i najmniej wzbogaconych chemicznie galaktyk, jakie kiedykolwiek wykryto we wszechświecie lokalnym. Jest to bardzo niezwykłe, ponieważ wszechświat lokalny miał około 13 miliardów lat kosmicznej historii do rozwinięcia. Jednak obraz jest nadal płytki, mówi Anand, ponieważ obserwacje Hubble’a zostały wykonane w ramach programu przeglądów „migawkowych” o nazwie The Every Known Nearby Galaxy Survey – próba uzyskania danych Hubble’a o jak największej liczbie sąsiednich galaktyk. Zespół badawczy planuje wykorzystać Hubble’a i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba do dalszych badań Peekaboo, aby dowiedzieć się więcej o jego gwiezdnych populacjach i ich metalowym składzie.

Dzięki bliskości Peekaboo możemy prowadzić szczegółowe obserwacje, otwierając możliwości zobaczenia środowiska przypominającego wczesny Wszechświat z niespotykaną dotąd szczegółowością.powiedział Anand.

Najnowsze obserwacje Webba nie obalają Wielkiego Wybuchu, ale są interesujące

Radosław B. AMBROŻY

Dobra, więc zacznijmy od rzeczy oczywistych. Wielki Wybuch nie jest martwy. Ostatnie obserwacje przeprowadzone przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba nie obaliły Wielkiego Wybuchu, mimo że niektóre popularne artykuły twierdzą inaczej. Jeśli to wszystko, co chciałeś usłyszeć, życzę miłego dnia. To powiedziawszy, najnowsze obserwacje Webba ujawniają pewne dziwne i nieoczekiwane rzeczy o Wszechświecie, a jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, czytaj dalej.

Zacznijmy od plotek. Co z nowymi danymi Webba sugerowałoby, że Wielki Wybuch jest zły? Ten sam rodzaj danych przekazał nam Hubble lata temu. Ogólnie myślimy o dowodach na to, że Wielki Wybuch skupia się wokół dwóch faktów: po pierwsze, bardziej odległe galaktyki mają większe przesunięcie ku czerwieni niż bliższe, a po drugie, że Wszechświat jest wypełniony kosmicznym tłem promieniowania mikrofalowego. Pierwsza sugeruje, że Wszechświat rozszerza się we wszystkich kierunkach, podczas gdy druga sugeruje, że był kiedyś w bardzo gorącym i gęstym stanie. Są to dwa z trzech filarów danych wspierających Wielki Wybuch, a trzeci to względna obfitość pierwiastków we wczesnym Wszechświecie.

Ale te obserwacje to tylko podstawa modelu Wielkiego Wybuchu. Już dawno rozszerzyliśmy je, aby stworzyć standardowy model kosmologii, znany również jako model LCDM. To Wszechświat, który rozpoczął się wraz z Wielkim Wybuchem i jest wypełniony materią, ciemną materią i ciemną energią. Wszystko, od przyspieszenia kosmicznej ekspansji po tworzenie klastrów galaktyk, wspiera ten standardowy model. A model standardowy przewiduje przewidywania dotyczące innych testów obserwacyjnych, dzięki czemu możemy dalej udowodnić jego słuszność.

Jeden z tych wtórnych testów jest znany jako test jasności powierzchni Tolmana. Został po raz pierwszy zaproponowany w latach 30. XX wieku przez Richarda C. Tolmana i porównuje widoczną jasność galaktyki z jej widoczną wielkością. Stosunek jasności do wielkości jest znany jako jasność powierzchni. Ogólnie rzecz biorąc, im większa galaktyka, tym powinna być jaśniejsza, więc jasność powierzchniowa każdej galaktyki powinna być mniej więcej taka sama. Bardziej odległe galaktyki wydawałyby się ciemniejsze, ale miałyby również mniejszy rozmiar pozorny, więc jasność powierzchniowa nadal byłaby taka sama. Test Tolmana przewiduje, że w statycznym, nierozszerzającym się Wszechświecie jasność powierzchniowa wszystkich galaktyk powinna być mniej więcej taka sama, niezależnie od odległości.

Nie to widzimy. Obserwujemy, że bardziej odległe galaktyki mają słabszą jasność powierzchniową niż bliższe. Ilość przyciemnienia jest proporcjonalna do wielkości przesunięcia ku czerwieni galaktyki. Można by pomyśleć, że to dowodzi, że wszystkie te odległe galaktyki oddalają się od nas, ale w rzeczywistości tak nie jest. Gdyby te odległe galaktyki oddalały się, miałbyś dwa efekty przyciemnienia. Przesunięcie ku czerwieni i coraz większa odległość. Test Tolmana przewiduje, że w prostym rozszerzającym się wszechświecie jasność powierzchniowa galaktyk powinna zmniejszać się proporcjonalnie do przesunięcia ku czerwieni i odległości. Widzimy tylko efekty przesunięcia ku czerwieni.

Fakt ten skłonił niektórych do zaproponowania statycznego Wszechświata, w którym światło spontanicznie traci energię w czasie. Jest to tak zwana hipoteza zmęczonego światła, która jest bardzo popularna wśród przeciwników “big bang”. Jeśli Wszechświat jest statyczny, a światło jest “zmęczone”, to test Tolmana przewiduje dokładnie to, co obserwujemy. Stąd nie ma Wielkiego Wybuchu.

W 2014 roku Eric Lerner i wsp. opublikowali artykuł, w którym dokładnie o tym mowa. To spowodowało lawinę „Big Bang Dead!” artykuły w popularnych mediach. Najnowsze twierdzenia o tym, że Webb zabija wielki wybuch, zaczęły się od popularnego artykułu tego samego Erica Lernera. Szczerze mówiąc, w 2014 roku obserwacje Hubble’a potwierdziły twierdzenie Lernera, podobnie jak najnowsze obserwacje Webba. Ale Lerner wygodnie pominął w swoim artykule to, że obserwacje Hubble’a i Webba wspierają również model LCDM.

To błędne przekonanie, że przesunięcie ku czerwieni dowodzi, że galaktyki oddalają się od nas. Odległe galaktyki nie poruszają się w kosmosie. Sama przestrzeń rozszerza się, zwiększając odległość między nami. To subtelna różnica, ale oznacza to, że galaktyczne przesunięcie ku czerwieni jest spowodowane przez kosmiczną ekspansję, a nie ruch względny. Oznacza to również, że odległe galaktyki wydają się nieco większe niż w statycznym wszechświecie. Są odległe i malutkie, ale rozszerzanie się przestrzeni daje złudzenie, że są większe. W rezultacie jasność powierzchniowa odległych galaktyk zmniejsza się tylko proporcjonalnie do przesunięcia ku czerwieni.

Oczywiście wiemy, że “zmęczone” światło jest złe ze względu na kosmiczne mikrofalowe tło. Statyczny, lekki wszechświat nie miałby pozostałości ciepła po pierwotnej “kuli ognia”. Nie wspominając już o tym, że odległe galaktyki wydawałyby się rozmyte (nie są), a odległe supernowe nie byłyby rozciągnięte w czasie przez kosmiczną ekspansję (są). Jedynym modelem, który potwierdza wszystkie dowody, jest Wielki Wybuch. Argument Lernera jest stary, od dawna obalany.

Mimo wszystko, Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba znalazł kilka niezwykłych rzeczy. Co najważniejsze, znalazł więcej galaktyk i bardziej odległych galaktyk niż powinno być, a to może doprowadzić do rewolucyjnych zmian w naszym standardowym modelu. Nasze obecne rozumienie jest takie, że po Wielkim Wybuchu wszechświat przeszedł przez okres znany jako ciemne wieki. W tym okresie pierwsze światło kosmosu przygasło, a pierwsze gwiazdy i galaktyki jeszcze się nie uformowały. Webb jest tak wrażliwy, że potrafi dostrzec niektóre z najmłodszych galaktyk, które powstały tuż po ciemnych wiekach. Spodziewalibyśmy się, że te młode galaktyki będą mniej liczne i mniej rozwinięte niż galaktyki późniejsze. Jednak obserwacje Webba wykazały bardzo przesunięte ku czerwieni, bardzo młode galaktyki, które są zarówno powszechne, jak i zaskakująco dojrzałe.

Są to zagadkowe i nieoczekiwane dane, na które liczyli astronomowie. Dlatego w pierwszej kolejności chcieliśmy zbudować teleskop Webba. I mówi nam, że chociaż model Wielkiego Wybuchu nie jest błędny, niektóre z naszych założeń mogą być takie.

Znajduje „dowody” na istnienie innego wszechświata przed tym – twierdzi naukowiec

Radosław B. AMBROŻY

Naukowcy uważają, że przed naszym wszechświatem istniał inny, poprzedni Wszechświat. W pewnym sensie nazywają ten proces kosmicznym cyklem, który się powtarza.

Następny wszechświat będzie taki sam jak nasz — ale tylko w ogólnym wyglądzie, nie w szczegółach, oczywiście…

Być może badacz odkrył właśnie niezbity dowód na istnienie innego kosmosu przed tym. Nie tylko to, ale twierdzi również, że nasz jest najnowszym z nieskończonej serii wszechświatów. Profesor Sir Roger Penrose twierdzi, że nasz znany kosmos jest najnowszym z długiej linii poprzednich wszechświatów, odpowiadając na pytanie, co było „tam” przed Wielkim Wybuchem. Według profesora Sir Rogera Penrose’a, współpracownika zmarłego profesora Hawkinga, nasz Wszechświat wciąż nosi blizny po wydarzeniach z poprzednika naszego wszechświata, który został zniszczony około 14 miliardów lat temu.

Profesor Penrose, naukowiec z Uniwersytetu Oksfordzkiego, jest jednym z najwybitniejszych na świecie fizyków teoretycznych. Twierdzi, że dowody sugerują, że nasz wszechświat jest tylko najnowszym z nieskończonej serii wszechświatów, z których każdy wyłania się jak feniks ze swojego poprzednika w Wielkim Wybuchu.

Przyjęte modele naukowe sugerują, że nasz wszechświat i wszystko w nim, gwiazdy, planety i galaktyki, pojawiły się dosłownie znikąd dzięki dziwnym i w większości nieodkrytym prawom rządzącym subatomowym światem.

Model inflacji narodzin wszechświata został okrzyknięty przełomem, kiedy po raz pierwszy został zaproponowany w latach 70. XX wieku. Jednak im więcej badamy kosmos i im więcej badamy, tym bardziej ta teoria staje się przestarzała. Zgodnie z cyklicznym modelem kosmosu odpowiedź na to, co istniało przed naszym wszechświatem, jest prosta: inna. Prof. Penrose wraz z kolegami z USA i Polski badają ten pomysł. Uważają, że w końcu natknęli się na charakterystyczne oznaki Wszechświatów, które mogły istnieć przed naszym, i opierają swoje twierdzenia na badaniach promieniowania pozostałego po Wielkim Wybuchu.

Po raz pierwszy dostrzeżone przez astronomów w połowie lat 60. promieniowanie to przenika całą przestrzeń w postaci mikrofal.

Jednak badania wykazały, że promieniowanie to nie jest równomiernie rozłożone w kosmosie. Astronomowie argumentowali, że ta nierówność rozkładu jest spowodowana turbulencjami, które istniały, gdy powstawał nasz wszechświat. Profesor Penrose i jego koledzy uważają jednak, że promieniowanie to również wykazuje spójne wzorce, które mogły mieć miejsce w innym wszechświecie, który istniał przed naszym.

Prof. Penrose i jego zespół sugerują, że nasz kosmiczny poprzednik mógł zawierać supermasywne czarne dziury. Przez niezliczone miliony lat te czarne dziury pochłonęłyby całą materię w poprzednim kosmosie. Niezliczone miliony lat po tym wydarzeniu te masywne czarne dziury również zniknęły w wybuchach tak zwanego promieniowania Hawkinga.

informacja: Space Academy