Блог

Dec 01, 2023

Галактики в зеркале JWST ближе, чем кажутся

Недавние заявления команды космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) показали, что галактики в самой ранней Вселенной гораздо более развиты, зрелы и развиты, чем они должны быть. Но это может быть

Недавние заявления команды космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) показали, что галактики в самой ранней Вселенной гораздо более развиты, зрелы и развиты, чем они должны быть. Но это может быть связано с тем, что мы систематически переоцениваем расстояния до этих галактик, как показывают новые исследования.

Измерение расстояний в космосе – дело непростое. Не всегда легко определить, находится ли яркая и/или большая галактика относительно близко или она физически большая и яркая. За десятилетия астрономы разработали множество методов решения этой проблемы. Большинство этих методов дают надежные результаты наиболее точно в относительно локальной вселенной. Для очень далеких галактик, таких как те, на которые нацелен JWST, мы вынуждены использовать гораздо менее точные методы.

Вместо того, чтобы напрямую измерять расстояния до чрезвычайно далеких галактик, астрономы пытаются определить их красное смещение. Красное смещение представляет собой изменение светового спектра галактики из-за ее удаления от нас из-за расширения Вселенной. Хотя можно преобразовать красное смещение в расстояние, астрономам для этого необходимо принять космологическую модель. Другими словами, предположим наличие определенного количества темной энергии, темной материи или других параметров, влияющих на скорость расширения Вселенной.

Поэтому астрономы обычно просто сообщают о красном смещении и идут дальше. В общем, чем больше красное смещение, тем дальше от нас находится галактика, и это в любом случае нас действительно волнует.

JWST смог обнаружить галактики с красным смещением от 9 до 14, представляющие собой одни из самых далеких галактик, когда-либо обнаруженных, плавающих очень далеко в зарождающемся космосе.

Как бы вы это ни считали, эти галактики одни из первых, когда-либо появившихся на космической сцене. Поэтому вызывает недоумение то, что некоторые из их структур кажутся удивительно зрелыми для своего юного возраста. Некоторые из чрезвычайно далеких галактик велики, содержат много звезд и содержат много тяжелых элементов, для производства которых требуется несколько поколений звезд.

Но эти удивительные результаты были основаны на одном конкретном методе измерения красного смещения — методе, который не так уж и точен. Этот метод, известный как фотометрическое измерение красного смещения, берет свет галактики и сортирует его по ячейкам. Затем астрономы сравнивают свет в этих фильтрах с тем же светом соседних галактик, чтобы получить приблизительную оценку красного смещения.

Несмотря на некоторую неопределенность, этот метод имеет то преимущество, что его можно быстро и легко реализовать, поэтому астрономы могут легко собрать большую выборку измерений красного смещения без необходимости выполнять большую дополнительную работу.

В последующей статье, представленной для публикации и появившейся в препринте arXiv, пара астрономов сравнила два десятка фотометрических красных смещений с красными смещениями, полученными более точным методом: спектроскопией. Спектроскопические красные смещения включают сначала сбор подробного спектра галактики, а затем его использование для измерения красного смещения. Хотя этот процесс дольше и сложнее, он дает невероятно точные измерения красного смещения.

Исследователи обнаружили, что в их выборке почти все фотометрические красные смещения были смещены выше спектроскопических. Другими словами, грубая оценка давала красное смещение, которое почти всегда превышало истинное красное смещение. Для некоторых галактик разница была небольшой, но для других она была огромной. В одном случае фотометрическая оценка красного смещения дала значение 11,5, тогда как истинное красное смещение оказалось меньше 9. Это разница в миллиарды световых лет.

В целом исследователи обнаружили, что фотометрические красные смещения необходимо уменьшить примерно на одно стандартное отклонение. Это означает, что когда сообщалось о фотометрических красных смещениях вместе с их неопределенностями, истинное красное смещение находится вблизи нижнего края этого диапазона неопределенностей, а не середины, как можно было бы ожидать при множестве случайных неопределенностей.

Это не новое явление, отмечают исследователи. Фактически, это то, на что впервые указал великий астроном сэр Артур Эддингтон в 1913 году в контексте исследований далеких звезд. Мы ожидаем, что фотометрические измерения будут неточными, но случайными; примерно половина галактик должна иметь слишком большое красное смещение, а другая половина — слишком низкое.