NASA se Webb-teleskoop sal terugkyk in tyd, kwasars gebruik om die geheime van die vroeë heelal te ontsluit
Dit is 'n kunstenaar se konsep van 'n sterrestelsel met 'n briljante kwasar in die middel. 'N Kwasar is 'n baie helder, verre en aktiewe supermassiewe swart gat wat miljoene tot miljarde keer die massa van die son is. Onder die helderste voorwerpe in die heelal, skyn die lig van 'n kwasar dié van al die sterre in sy gasheerstelsel saam. Kwasars voed op inkomende materie en laat strome van winde en straling los, en vorm die sterrestelsels waarin hulle woon. Met behulp van die unieke vermoëns van Webb sal wetenskaplikes ses van die verste en helderste kwasars in die heelal bestudeer. Krediet: NASA, ESA en J. Olmsted (STScI)
As ons terugkyk in tyd, sal Webb kwasars sien soos hulle miljarde jare gelede verskyn het
Deur al die sterre in hul gasheersterrestelsels saam te skyn, is kwasars een van die helderste voorwerpe in die heelal. Hierdie briljante, ver en aktiewe supermassiewe swart gate vorm die sterrestelsels waarin hulle woon. Wetenskaplikes sal Webb kort ná die bekendstelling daarvan gebruik om ses van die verste en ligste kwasars, saam met hul gasheersterrestelsels, in die baie jong heelal te bestudeer. Hulle sal ondersoek watter rol kwasars speel in sterrestelsel-evolusie gedurende hierdie vroeë tye. Die span sal ook die kwasars gebruik om die gas in die ruimte tussen sterrestelsels in die baba-heelal te bestudeer. Slegs met Webb se uiterste sensitiwiteit vir lae ligvlakke en sy uitstekende hoekresolusie sal dit moontlik wees.
Kwasars is baie helder, verre en aktiewe supermassiewe swart gate wat miljoene tot miljarde keer die massa van die son is. Hulle word gewoonlik in die middelpunte van sterrestelsels geleë, en voed op afvallende materie en laat fantastiese strome van straling los. Onder die helderste voorwerpe in die heelal, skyn die lig van 'n kwasar die van al die sterre in sy gasheerstelsel saam, en sy stralers en winde vorm die sterrestelsel waarin dit woon.
Kort ná sy bekendstelling later vanjaar, sal ’n span wetenskaplikes NASA se James Webb-ruimteteleskoop op ses van die mees verre en ligste kwasars oplei. Hulle sal die eienskappe van hierdie kwasars en hul gasheersterrestelsels bestudeer, en hoe hulle met mekaar verbind is tydens die eerste stadiums van sterrestelsel-evolusie in die baie vroeë heelal. Die span sal ook die kwasars gebruik om die gas in die ruimte tussen sterrestelsels te ondersoek, veral gedurende die tydperk van kosmiese herionisasie, wat geëindig het toe die heelal baie jonk was. Hulle sal dit bereik deur Webb se uiterste sensitiwiteit vir lae ligvlakke en sy uitstekende hoekresolusie te gebruik.
(Klik op prent om volledige infografika te sien.) Meer as 13 miljard jaar gelede, tydens die Era van Reionisasie, was die heelal 'n heel ander plek. Die gas tussen sterrestelsels was grootliks ondeursigtig vir energieke lig, wat dit moeilik gemaak het om jong sterrestelsels waar te neem. Wat het toegelaat dat die heelal heeltemal geïoniseer of deursigtig word, wat uiteindelik gelei het tot die "duidelike" toestande wat vandag in baie van die heelal bespeur word? Die James Webb-ruimteteleskoop sal diep in die ruimte loer om meer inligting in te samel oor voorwerpe wat gedurende die Era van Reionisasie bestaan het om ons te help om hierdie groot oorgang in die geskiedenis van die heelal te verstaan. Krediet: NASA, ESA en J. Kang (STScI)
Webb: Besoek die Jong Heelal
Soos Webb diep in die heelal loer, sal dit eintlik terugkyk in tyd. Lig van hierdie verre kwasars het sy reis na Webb begin toe die heelal baie jonk was en miljarde jare geneem het om te arriveer. Ons sal dinge sien soos dit lank gelede was, nie soos dit vandag is nie.
“Al hierdie kwasars wat ons bestudeer, het baie vroeg bestaan, toe die heelal minder as 800 miljoen jaar oud was, of minder as 6 persent van sy huidige ouderdom. Hierdie waarnemings gee ons dus die geleentheid om sterrestelsel-evolusie en supermassiewe swartgat-vorming en -evolusie op hierdie baie vroeë tye te bestudeer,” verduidelik spanlid Santiago Arribas, 'n navorsingsprofessor by die Departement Astrofisika van die Sentrum vir Astrobiologie in Madrid, Spanje. Arribas is ook 'n lid van Webb se Near-Infrared Spectrograph (NIRSpec) Instrument Science Team.
(Klik op prent om volledige infografika te sien.) Die heelal brei uit, en daardie uitbreiding strek lig wat deur die ruimte beweeg in 'n verskynsel bekend as kosmologiese rooiverskuiwing. Hoe groter die rooiverskuiwing, hoe groter is die afstand wat die lig afgelê het. Gevolglik is teleskope met infrarooi detektors nodig om lig van die eerste, mees verste sterrestelsels te sien. Krediet: NASA, ESA, EN L. Hustak (STSci)
Die lig van hierdie baie ver voorwerpe is deur die uitbreiding van die ruimte gerek. Dit staan bekend as kosmologiese rooi verskuiwing. Hoe verder die lig moet beweeg, hoe meer word dit rooi verskuif. In werklikheid word die sigbare lig wat in die vroeë heelal uitgestraal word, so dramaties gerek dat dit na die infrarooi verskuif word wanneer dit by ons aankom. Met sy reeks infrarooi-ingestelde instrumente is Webb uniek om hierdie soort lig te bestudeer.
Bestudeer kwasars, hul gasheersterrestelsels en omgewings, en hul kragtige uitvloeie
Die kwasars wat die span sal bestudeer, is nie net van die verste in die heelal nie, maar ook van die helderste. Hierdie kwasars het tipies die hoogste swartgatmassas, en hulle het ook die hoogste aanwastempo's - die tempo waarteen materiaal in die swartgate val.
“Ons stel daarin belang om die ligste kwasars waar te neem, want die baie hoë hoeveelheid energie wat hulle in hul kern opwek, behoort tot die grootste impak op die gasheersterrestelsel te lei deur die meganismes soos kwasaruitvloei en verhitting,” het Chris gesê. Willott, ’n navorsingswetenskaplike by die Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Centre van die National Research Council of Canada (NRC) in Victoria, British Columbia. Willott is ook die Kanadese Ruimte-agentskap se Webb-projekwetenskaplike. "Ons wil hierdie kwasars waarneem op die oomblik wanneer hulle die grootste impak op hul gasheersterrestelsels het."
'N Enorme hoeveelheid energie word bevry as materie deur die supermassiewe swart gat opgebou word. Hierdie energie verhit en stoot die omringende gas na buite, en genereer sterk uitvloei wat soos 'n tsoenami oor die interstellêre ruimte skeur, wat die gasheerstelsel vernietig.
Kyk hoe die strale en winde van 'n supermassiewe swart gat sy gasheersterrestelsel beïnvloed - en die ruimte honderdduisende ligjare weg oor miljoene jare. Krediet: NASA, ESA en L. Hustak (STScI)
Uitvloei speel 'n belangrike rol in sterrestelsel-evolusie. Gas stook die vorming van sterre, so wanneer gas verwyder word as gevolg van uitvloei, neem die ster-vormingtempo af. In sommige gevalle is uitvloeiings so kragtig en verdryf sulke groot hoeveelhede gas dat dit stervorming binne die gasheersterrestelsel heeltemal kan stuit. Wetenskaplikes dink ook dat uitvloei die hoofmeganisme is waardeur gas, stof en elemente oor groot afstande binne die sterrestelsel herverdeel word of selfs in die ruimte tussen sterrestelsels – die intergalaktiese medium – uitgedryf kan word. Dit kan fundamentele veranderinge in die eienskappe van beide die gasheersterrestelsel en die intergalaktiese medium veroorsaak.
Ondersoek eienskappe van intergalaktiese ruimte tydens die era van herionisasie
Meer as 13 miljard jaar gelede, toe die heelal baie jonk was, was die siening nog lank nie duidelik nie. Neutrale gas tussen sterrestelsels het die heelal ondeursigtig gemaak vir sommige soorte lig. Oor honderde miljoene jare het die neutrale gas in die intergalaktiese medium gelaai of geïoniseer, wat dit deursigtig vir ultravioletlig gemaak het. Hierdie tydperk word die Era van Reionization genoem. Maar wat het gelei tot die reïonisering wat die "duidelike" toestande geskep het wat vandag in baie van die heelal opgespoor word? Webb sal diep in die ruimte kyk om meer inligting in te win oor hierdie belangrike oorgang in die geskiedenis van die heelal. Die waarnemings sal ons help om die era van reionisering te verstaan, wat een van die belangrikste grense in astrofisika is.
Die span sal kwasars as agtergrondligbronne gebruik om die gas tussen ons en die kwasar te bestudeer. Daardie gas absorbeer die lig van die kwasar op spesifieke golflengtes. Deur middel van 'n tegniek genaamd beeldspektroskopie, sal hulle na absorberingslyne in die tussenliggende gas soek. Hoe helderder die kwasar is, hoe sterker sal die absorptielyn in die spektrum wees. Deur vas te stel of die gas neutraal of geïoniseerd is, sal wetenskaplikes leer hoe neutraal die heelal is en hoeveel van hierdie re-ioniseringsproses op daardie spesifieke tydstip plaasgevind het.
Die James Webb-ruimteteleskoop sal 'n innoverende instrument genaamd 'n integrale veldeenheid (IFU) gebruik om beelde en spektra op dieselfde tyd vas te vang. Hierdie video gee 'n basiese oorsig van hoe die IFU werk. Krediet: NASA, ESA, CSA en L. Hustak (STScI)
“As jy die heelal wil bestudeer, het jy baie helder agtergrondbronne nodig. ’n Kwasar is die perfekte voorwerp in die verre heelal, want dit is lig genoeg dat ons dit baie goed kan sien,” sê spanlid Camilla Pacifici, wat aan die Kanadese Ruimte-agentskap verbonde is, maar as instrumentwetenskaplike by die Space Telescope Science Institute werk. in Baltimore. "Ons wil die vroeë heelal bestudeer omdat die heelal ontwikkel, en ons wil weet hoe dit begin het."
Die span sal die lig wat uit die kwasars met NIRSpec kom, ontleed om te soek na wat sterrekundiges 'metale' noem, wat swaarder is as waterstof en helium. Hierdie elemente is in die eerste sterre en die eerste sterrestelsels gevorm en deur uitvloei verdryf. Die gas beweeg uit die sterrestelsels waar dit oorspronklik was en in die intergalaktiese medium in. Die span is van plan om die opwekking van hierdie eerste 'metale' te meet, asook die manier waarop dit deur die vroeë uitvloeiing in die intergalaktiese medium gedruk word.
Die krag van Webb
Webb is 'n uiters sensitiewe teleskoop wat baie lae ligvlakke kan opspoor. Dit is belangrik, want al is die kwasars intrinsiek baie helder, is die wat hierdie span gaan waarneem een van die mees verafgeleë voorwerpe in die heelal. Trouens, hulle is so ver dat die seine wat Webb sal ontvang baie, baie laag is. Slegs met Webb se uitstekende sensitiwiteit kan hierdie wetenskap bewerkstellig word. Webb bied ook uitstekende hoekresolusie, wat dit moontlik maak om die lig van die kwasar van sy gasheersterrestelsel te ontwarren.
Die kwasarprogramme wat hier beskryf word, is Gewaarborgde Tydwaarnemings wat die spektroskopiese vermoëns van NIRSpec behels.
Die James Webb-ruimteteleskoop sal die wêreld se voorste ruimtewetenskap-sterrewag wees wanneer dit in 2021 gelanseer word. Webb sal raaisels in ons sonnestelsel oplos, verder kyk na verre wêrelde rondom ander sterre, en die geheimsinnige strukture en oorsprong van ons heelal en ons plek ondersoek daarin. Webb is 'n internasionale program wat deur NASA saam met sy vennote, ESA (European Space Agency) en die Kanadese Ruimte-agentskap, gelei word.
