Bydysawd Cynnar: Mae'r Galaxy bellaf "JADES-GS-z14-0" yn herio Modelau Ffurfio Galaxy  

Datgelodd dadansoddiad sbectrol o alaeth oleuol JADES-GS-z14-0 yn seiliedig ar arsylwadau a wnaed ym mis Ionawr 2024 redshift o 14.32 sy'n ei gwneud yr alaeth bellaf y gwyddys amdani (galaeth bellaf flaenorol a oedd yn hysbys oedd JADES-GS-z13-0 yn y redshift o z = 13.2). Fe'i ffurfiwyd yn y bydysawd cynnar tua 290 miliwn o flynyddoedd ar ôl y Glec Fawr. Mae'r swm helaeth o olau seren yn awgrymu ei fod yn enfawr a'i fod dros 1,600 o flynyddoedd golau ar draws o ran maint. Mae galaeth oleuol, enfawr a mawr o'r fath yn y bydysawd cynnar ar doriad gwawr cosmig yn herio'r ddealltwriaeth gyfredol o ffurfiant galaethau. Y sêr cyntaf yn y bydysawd oedd sêr Pop III gyda sero-fetel neu fetel isel iawn. Fodd bynnag, mae astudiaeth o briodweddau isgoch galaeth JADES-GS-z14-0 yn datgelu presenoldeb ocsigen sy'n golygu bod cyfoethogi metel yn awgrymu bod cenedlaethau o sêr enfawr eisoes wedi cwblhau eu bywydau o enedigaethau i ffrwydrad uwchnofa erbyn tua 290 miliwn o flynyddoedd yn y bydysawd cynnar. Felly, mae priodweddau'r alaeth hon yn groes i'r ddealltwriaeth gyfredol o ffurfiant alaeth yn y bydysawd cynnar.   

Roedd y bydysawd cynnar iawn, tua 380,000 o flynyddoedd ar ôl y Glec Fawr, wedi'i lenwi â nwyon ïoneiddiedig ac roedd yn gwbl ddidraidd oherwydd gwasgariad ffotonau gan yr electronau rhydd. Dilynwyd hyn gan gyfnod niwtral y bydysawd cynnar a barhaodd am tua 400 miliwn o flynyddoedd. Yn y cyfnod hwn, roedd y bydysawd yn niwtral ac yn dryloyw. Daeth y golau cyntaf i'r amlwg pan ddaeth y bydysawd yn dryloyw, daeth yn goch wedi'i symud i ystod microdon oherwydd ehangu, ac mae bellach yn cael ei arsylwi fel Cefndir Microdon Cosmig (CMB). Oherwydd bod y bydysawd wedi'i lenwi â nwyon niwtral, ni allyrrir unrhyw signal optegol (a elwir felly yn oes dywyll). Nid yw deunyddiau heb ïoneiddio yn allyrru golau ac felly anhawster wrth astudio bydysawd cynnar y cyfnod niwtral. Fodd bynnag, mae ymbelydredd microdon o donfedd 21 cm (sy'n cyfateb i 1420 MHz) a allyrrir gan yr hydrogen cosmig oer, niwtral yn ystod y cyfnod hwn oherwydd trawsnewidiad gorfanwl o sbin cyfochrog i sbin gwrth-gyfochrog mwy sefydlog yn cynnig cyfleoedd i seryddwyr. Byddai'r ymbelydredd microdon 21 cm hwn yn cael ei ail-symud ar ôl cyrraedd y ddaear a bydd yn cael ei arsylwi ar amleddau 200MHz i 10 MHz fel tonnau radio. Mae'r REACH (Arbrawf Radio ar gyfer Dadansoddi Hydrogen Cosmig) Nod yr arbrawf yw canfod llinell 21-cm annelwig o Hydrogen Cosmig.  

Cyfnod yr aduniad oedd yr epoc nesaf yn hanes y bydysawd cynnar a barhaodd o tua 400 miliwn o flynyddoedd ar ôl y Glec Fawr i 1 biliwn o flynyddoedd. Cafodd y nwyon eu hail-ïoneiddio oherwydd ymbelydredd UV egni uchel a allyrrir gan y sêr cynnar pwerus. Dechreuwyd ffurfio galaethau a chwasarau yn y cyfnod hwn. Mae goleuadau'r cyfnod hwn yn goch wedi'u symud tuag at ystodau coch ac isgoch. Roedd astudiaethau maes dwfn Huble yn ddechreuad newydd wrth astudio bydysawd cynnar ond roedd ei sgôp o ran dal goleuadau primordial yn gyfyngedig. Roedd angen arsyllfa isgoch yn y gofod. Mae JWST yn arbenigo mewn seryddiaeth isgoch yn unig i astudio bydysawd cynnar. 

Telesgop Gofod James Webb (JWST) ei lansio ar 25 Rhagfyr 2021. Yn dilyn hynny, gosodwyd tt mewn orbit ger pwynt Haul-Ddaear L2 Lagrange tua 1.5 miliwn km o'r ddaear. Daeth yn gwbl weithredol ym mis Gorffennaf 2022. Gan ddefnyddio offerynnau gwyddonol allweddol ar fwrdd y llong fel NIRCam (Camera Ger Isgoch), NIRSpec (Sbectrograff Ger Isgoch), MIRI (Offeryn Isgoch Canolig), mae JWST yn chwilio am signalau optegol / isgoch o'r sêr a'r galaethau cynnar a ffurfiwyd yn y Bydysawd ar gyfer gwell dealltwriaeth o ffurfiant ac esblygiad galaethau a ffurfiant sêr a systemau planedol. Yn ystod y ddwy flynedd ddiwethaf, mae wedi cynhyrchu canlyniadau hynod ddiddorol wrth archwilio gwawr cosmig (hy, y cyfnod yn yr ychydig gannoedd o filiwn o flynyddoedd cyntaf ar ôl y glec fawr lle ganwyd y galaethau cyntaf).  

Rhaglen Arolwg Allgalactig Dwfn Uwch JWST (JADES). 

Nod y rhaglen hon yw astudio esblygiad galaeth o redshift uchel i ganol dydd cosmig trwy ddelweddu isgoch a sbectrosgopeg yn y meysydd dwfn GOODS-S a GOODS-N.  

Yn y flwyddyn gyntaf, daeth ymchwilwyr JADES ar draws cannoedd o alaethau ymgeisydd o'r 650 miliwn o flynyddoedd cyntaf ar ôl y glec fawr. Yn gynnar yn 2023, daethant o hyd i alaeth yn eu set ddata a oedd yn ymddangos fel pe bai ar shifft coch o 14 sy'n awgrymu bod yn rhaid ei bod yn alaeth bell iawn ond roedd yn ddisglair iawn. Hefyd, roedd yn ymddangos ei fod yn rhan o alaeth arall oherwydd agosrwydd. Felly, gwelsant y cynnydd hwnnw ym mis Hydref 2023. Roedd y data newydd yn awgrymu ei fod ar shifft coch o 14. Roedd angen sbectrwm o'r galaeth hon i nodi lleoliad toriad Lyman-alpha yn y sbectrwm i fesur y shifft coch a phennu oedran. 

Mae lyman-alffa yn llinell allyrru sbectrol hydrogen yn y gyfres Lyman pan fydd electronau'n trosglwyddo o n=2 i n=1. Mae pwynt toriad Lyman-alffa yn y sbectrwm yn cyfateb i donfedd a arsylwyd (λ_arsylwyd). Gellir cyfrifo'r shifft coch (z) yn unol â'r fformiwla z = (λ_arsylwyd – λ_gweddill) / λ_gweddill 

JADES-GS-z14-0 alaeth    

Yn unol â hynny, gwelwyd yr alaeth eto ym mis Ionawr 2024 gan ddefnyddio NIRCam (Near Infrared Camera) a NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). Darparodd dadansoddiad sbectrol dystiolaeth glir bod yr alaeth ar redshift o 14.32, sy'n golygu mai hon yw'r alaeth bellaf y gwyddys amdani (cofnod galaeth pellaf blaenorol (JADES-GS-z13-0 ar redshift z = 13.2). -GS-z14-0, galaeth oleuol ar bellter 13.5 biliwn o flynyddoedd golau o ran maint a oedd yn awgrymu mai sêr ifanc yw ffynhonnell ei goleuedd. Hefyd, roedd maint y golau seren yn golygu bod yn rhaid iddo fod yn enfawr iawn ddim yn ffitio'n dda i'r modelau presennol o ffurfio galaeth.  

Roedd mwy o bethau annisgwyl yn y siop.  

Roedd ymchwilwyr yn gallu canfod JADES-GS-z14-0 ar donfeddi hirach gan ddefnyddio MIRI (Offeryn Isgoch Canolig). Roedd hyn yn golygu dal allyriadau ystod golau gweladwy o'r galaeth hon a gafodd eu symud yn goch i ddod allan o amrediad ar gyfer offerynnau bron-goch. Datgelodd dadansoddiad bresenoldeb ocsigen ïoneiddiedig sy'n awgrymu meteledd serol uchel. Mae hyn yn bosibl dim ond pan fydd llawer o genedlaethau o sêr eisoes wedi byw eu cyrsiau bywyd.  

Mae gan y sêr cyntaf yn y bydysawd sero-fetel neu fetel isel iawn. Fe'u gelwir yn sêr Pop III neu sêr Poblogaeth III. Sêr Pop II yw sêr metel isel. Mae gan sêr ifanc gynnwys metel uchel ac fe'u gelwir yn “sêr Pop I” neu'r sêr metel solar. Gyda meteledd cymharol uchel o 1.4%, mae'r haul yn seren ddiweddar. Mewn seryddiaeth, mae unrhyw elfen drymach na heliwm yn cael ei ystyried yn fetel. Mae anfetelau cemegol fel ocsigen, nitrogen ac ati yn fetelau mewn cyd-destun cosmolegol. Mae sêr yn cyfoethogi metel ym mhob cenhedlaeth yn dilyn digwyddiad uwchnofa. Mae cynyddu cynnwys metel mewn sêr yn dynodi oedran iau.   

O ystyried oedran yr alaeth JADES-GS-z14-0 lai na 300 miliwn o flynyddoedd ar ôl y Glec Fawr, dylai'r sêr yn yr alaeth hon fod yn sêr Pop III gyda chynnwys sero-metel. Fodd bynnag, canfu MIRI JWST bresenoldeb ocsigen.  

Yn wyneb yr arsylwadau a'r canfyddiadau uchod, nid yw priodweddau galaeth y bydysawd cynnar JADES-GS-z14-0 yn cydymffurfio â'r ddealltwriaeth gyfredol o ffurfiant alaeth. Sut gallai galaeth â nodweddion o'r fath gael ei dyddio i 290 miliwn o flynyddoedd ar ôl y Bing Bang? Mae'n bosibl y bydd llawer o alaethau o'r fath yn cael eu darganfod yn y dyfodol. Efallai bod amrywiaeth o alaethau yn bodoli yn y Wawr Cosmig. 

*** 

Cyfeiriadau:  

1. Carniani, S., et al. 2024. Cadarnhad sbectrosgopig o ddwy alaeth oleuol ar redshift o 14. Nature (2024). Cyhoeddwyd 24 Gorffennaf 2024. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . Rhagargraff yn axRiv. Cyflwynwyd 28 Mai 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485  

2. Helton JM, et al 2024. Canfod ffotometrig JWST/MIRI ar 7.7 μm o'r continwwm serol a'r allyriadau niwlaidd mewn galaeth ar z>14. Rhagargraff yn axRiv. Cyflwynwyd 28 Mai 2024. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462 

3. Telesgop Gofod James Webb NASA. Uchafbwyntiau cynnar – Telesgop Gofod James Webb NASA yn Darganfod Galaeth Y Mwyaf Hysbys. Wedi'i bostio ar 30 Mai 2024. Ar gael yn https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy 

***