Телескоп Джеймс Уэбб будет использовать спектроскопию для изучения состава далеких галактик

На этой неделе команда управления телескопом Джеймс Уэбб продолжила работу по настройке телескопа на прибор NIRCam.

Между получением данных для понимания оптических компонентов специалисты продолжают проверять научные инструменты. Прибор NIRSpec включает в себя массив микрозатворов из четверти миллиона миниатюрных подвижных окон, каждое размером 0,1 на 0,2 миллиметра.

Массив микрозатворов позволяет ученым нацеливаться на определенные галактики в изучаемых ими полях, закрывая окна на фоне или других объектах, которые могут исказить спектры. Инженеры приступили к тестированию механизма и электроники, управляющей и приводящей в действие микрозатворы.

Массимо Стиавелли, глава миссии Уэбба в Научном институте космического телескопа, рассказывает о запланированных им исследованиях первых звезд и галактик:

«Химический состав ранней Вселенной сразу после Большого взрыва является продуктом ядерных процессов, происходивших в первые несколько минут существования Вселенной. Эти процессы известны как «первичный нуклеосинтез».

Одно из предсказаний этой модели состоит в том, что химический состав ранней Вселенной в основном состоит из водорода и гелия. Были только следы более тяжелых элементов, образовавшихся позже в звездах. Эти предсказания совместимы с наблюдениями и фактически являются одним из ключевых доказательств, поддерживающих модель горячего Большого взрыва.

«Самые ранние звезды сформировались из материала с таким первоначальным составом. Обнаружение этих звезд, обычно называемых «первыми звездами», является важной проверкой нашей космологической модели, и это находится в пределах досягаемости космического телескопа Джеймса Уэбба.

Возможно, Уэбб не сможет обнаружить отдельные звезды с самого начала Вселенной, но он может обнаружить некоторые из первых галактик, содержащих эти звезды.

«Один из способов подтвердить, находим ли мы первые звезды, — это точно измерить металличность очень далеких галактик. Астрономический термин «металличность» — это мера количества вещества, более тяжелого, чем водород и гелий, поэтому галактика с низкой металличностью указывает на то, что она состоит из этих «первых звезд».

Подтверждено, что MACS1149-JD1 имеет красное смещение 9,1 и излучает свет, который мы видим, когда Вселенной было всего 600 миллионов лет. С тех пор свет из этой далекой галактики путешествует и только сейчас достигает нас.

«У меня есть программа наблюдений для изучения этой галактики и определения ее металличности. Я сделаю это, попытавшись измерить соотношение силы двух спектроскопических линий, испускаемых ионами кислорода, первоначально испускаемых в фиолетово-синем и сине-зеленом видимом свете (длины волн в покоящейся системе отсчета 4363 ангстрем и 5007 ангстрем).

Благодаря космологическому красному смещению эти линии теперь можно обнаружить в инфракрасном диапазоне, который может видеть Уэбб. Использование отношения двух линий одного и того же иона может обеспечить точное измерение температуры газа в этой галактике и, благодаря относительно простому теоретическому моделированию, обеспечит надежное измерение ее металличности.

«Проблема в том, что одна из этих линий обычно очень слабая. Однако эта линия имеет тенденцию становиться сильнее при более низкой металличности.

Поэтому, если нам не удалось бы обнаружить линию и измерить металличность MACS1149-JD1, это, вероятно, означало бы, что она уже обогащена более тяжелыми элементами, и нам нужно искать дальше и тщательнее. Использую ли я свои данные или будущие программы, я полностью ожидаю, что в течение своего срока службы Уэбб сможет найти объекты с достаточно низкой металличностью, чтобы иметь ключи к пониманию первого поколения звезд».

— Массимо Стиавелли, глава офиса миссии Уэбба, Space Telescope Science Institute.