UDFj-39546284: kandydat na najstarszą galaktykę wykrytą przez Hubble'a (z=11,9)

Co oznacza z = 11,9?

Przesunięcie ku czerwieni z ≈ 11,9 odpowiada temu, że obserwowane światło opuściło źródło około 13,42 miliarda lat temu, czyli gdy Wszechświat miał zaledwie kilkaset milionów lat (szacunkowo ~380 mln lat) po Wielkim Wybuchu. W praktyce oznacza to, że widzimy strukturę taką, jaka była we wczesnym etapie formowania się galaktyk — bardzo odległą i bardzo słabą fotometrycznie, blisko granicy detekcji w danych HUDF.

Metoda wykrycia i ograniczenia

UDFj-39546284 została zidentyfikowana metodą „Lyman-break” (tzw. dropout) — typową techniką wyszukiwania odległych galaktyk, polegającą na wykrywaniu charakterystycznego spadku emisji przy krótszych długościach fal spowodowanego pochłanianiem przez neutralny wodór w międzygalaktycznym medium. Podstawowa informacja o dużym przesunięciu ku czerwieni pochodzi z fotometrii wielopasmowej (Hubble + Spitzer), a nie z bezpośredniego pomiaru spektralnego.

Z tego powodu redshift jest fotometryczny i obarczony niepewnościami — możliwe są alternatywne wyjaśnienia, np. że wykryty sygnał pochodzi od niżej położonego obiektu o bardzo silnych liniach emisyjnych lub że część sygnału jest skutkiem źródła przemijającego, szumu lub artefaktu detekcyjnego. Dopiero spektroskopia pozwala jednoznacznie potwierdzić odległość.

Znaczenie odkrycia

Jeżeli obiekt rzeczywiście leży przy z ≈ 11,9, to reprezentuje on jedną z najwcześniejszych znanych galaktycznych struktur i dostarcza cennych informacji o początkach formowania się gwiazd, ośrodków gwiazdotwórczych oraz o procesie jonizacji międzygalaktycznego medium (tzw. rejonizacji). Nawet fragmentaryczna wiedza o takich obiektach pomaga ograniczać modele powstawania galaktyk i tempo wzrostu gęstości procesu formowania gwiazd we wczesnym Wszechświecie.

Status potwierdzenia i dalsze obserwacje

W przeciwieństwie do niektórych innych kandydatów z tamtego okresu, UDFy-38135539 czy podobnych, UDFj-39546284 nie została jednoznacznie potwierdzona spektroskopowo. Późniejsze próby badawcze dały niejednoznaczne wyniki i przedłużyły debatę, czy mamy do czynienia z naprawdę ekstremalnie odległą galaktyką, czy z inną naturą źródła.

W praktyce ostateczne potwierdzenie wymaga spektralnego pomiaru linii emisyjnych lub kontynuacji głębokiej fotometrii w pasmach dalekiej podczerwieni. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba, uruchomiony w 2021 r., ma odpowiednie przyrządy (m.in. NIRSpec) do spektroskopii bardzo słabych i odległych źródeł i jest narzędziem zdolnym rozstrzygnąć naturę takich kandydatów. Od czasu uruchomienia JWST pojawiły się nowe kandydatury i niektóre potwierdzenia spektroskopowe innych bardzo odległych galaktyk, co poszerzyło nasze rozumienie pierwszych 500 mln lat Wszechświata.

Podsumowanie

• UDFj-39546284 to fotometryczny kandydat na bardzo odległą galaktykę zgłoszony na podstawie danych Hubble'a i Spitzera.
• Proponowane przesunięcie ku czerwieni z ≈ 11,9 oznacza, że widzimy obiekt tak, jak wyglądał około 380 mln lat po Wielkim Wybuchu.
• Obiekt nie został dotąd jednoznacznie potwierdzony spektroskopowo; możliwe są alternatywne wyjaśnienia sygnału.
• Spektroskopia z użyciem nowoczesnych instrumentów (np. JWST) jest kluczowa do ostatecznego ustalenia natury i odległości tego typu kandydatów.