ప్రారంభ విశ్వం: అత్యంత దూరపు గెలాక్సీ “JADES-GS-z14-0″ గెలాక్సీ నిర్మాణ నమూనాలను సవాలు చేస్తుంది.  

జనవరి 14లో చేసిన పరిశీలనల ఆధారంగా ప్రకాశించే గెలాక్సీ JADES-GS-z0-2024 యొక్క వర్ణపట విశ్లేషణ 14.32 యొక్క రెడ్‌షిఫ్ట్‌ను వెల్లడించింది, ఇది అత్యంత సుదూర గెలాక్సీగా గుర్తింపు పొందింది (గతంలో రెడ్‌షిఫ్ట్‌లో JADES-GS-z13-0 అత్యంత సుదూర గెలాక్సీగా గుర్తించబడింది. z = 13.2). ఇది బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత దాదాపు 290 మిలియన్ సంవత్సరాల తర్వాత ప్రారంభ విశ్వంలో ఏర్పడింది. స్టార్‌లైట్ యొక్క విస్తారమైన మొత్తం అది భారీగా ఉందని మరియు పరిమాణంలో 1,600-కాంతి సంవత్సరాల కంటే ఎక్కువగా ఉందని సూచిస్తుంది. కాస్మిక్ డాన్ వద్ద ప్రారంభ విశ్వంలో ఇటువంటి ప్రకాశవంతమైన, భారీ మరియు పెద్ద గెలాక్సీ గెలాక్సీ నిర్మాణంపై ప్రస్తుత అవగాహనను ధిక్కరిస్తుంది. విశ్వంలోని మొదటి నక్షత్రాలు సున్నా-లోహం లేదా చాలా తక్కువ-లోహం కలిగిన పాప్ III నక్షత్రాలు. ఏది ఏమైనప్పటికీ, JADES-GS-z14-0 గెలాక్సీ యొక్క పరారుణ లక్షణాల అధ్యయనం ఆక్సిజన్ ఉనికిని వెల్లడిస్తుంది, అంటే లోహ సుసంపన్నత అంటే తరతరాలుగా భారీ నక్షత్రాలు తమ జీవిత-కోర్సులను పుట్టినప్పటి నుండి సూపర్నోవా పేలుడు వరకు ప్రారంభ విశ్వంలో 290 మిలియన్ సంవత్సరాల వరకు పూర్తి చేశాయని సూచిస్తుంది. ఈ విధంగా, ఈ గెలాక్సీ యొక్క లక్షణాలు ప్రారంభ విశ్వంలో గెలాక్సీ ఏర్పడటానికి ప్రస్తుత అవగాహనకు విరుద్ధంగా ఉన్నాయి.   

బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత దాదాపు 380,000 సంవత్సరాల నాటికి చాలా ప్రారంభ విశ్వం అయనీకరణం చేయబడిన వాయువులతో నిండి ఉంది మరియు ఉచిత ఎలక్ట్రాన్ల ద్వారా ఫోటాన్‌లను చెదరగొట్టడం వల్ల పూర్తిగా అపారదర్శకంగా ఉంది. దీని తరువాత ప్రారంభ విశ్వం యొక్క తటస్థ యుగం సుమారు 400 మిలియన్ సంవత్సరాల పాటు కొనసాగింది. ఈ యుగంలో, విశ్వం తటస్థంగా మరియు పారదర్శకంగా ఉంది. విశ్వం పారదర్శకంగా మారిన తర్వాత మొదటి కాంతి ఉద్భవించింది, విస్తరణ కారణంగా మైక్రోవేవ్ పరిధికి ఎరుపుగా మారింది మరియు ఇప్పుడు కాస్మిక్ మైక్రోవేవ్ బ్యాక్‌గ్రౌండ్ (CMB)గా గమనించబడింది. విశ్వం తటస్థ వాయువులతో నిండి ఉన్నందున, ఆప్టికల్ సిగ్నల్ విడుదల కాలేదు (అందుకే చీకటి యుగం అని పిలుస్తారు). అన్-అయోనైజ్డ్ పదార్థాలు కాంతిని విడుదల చేయవు కాబట్టి తటస్థ యుగం యొక్క ప్రారంభ విశ్వాన్ని అధ్యయనం చేయడంలో ఇబ్బంది. అయినప్పటికీ, సమాంతర స్పిన్ నుండి మరింత స్థిరమైన యాంటీ-పార్లల్ స్పిన్‌కి హైపర్‌ఫైన్ మార్పు కారణంగా ఈ యుగంలో చల్లని, తటస్థ కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ ద్వారా విడుదలయ్యే 21 సెం.మీ తరంగదైర్ఘ్యం (1420 MHzకి అనుగుణంగా) మైక్రోవేవ్ రేడియేషన్ ఖగోళ శాస్త్రవేత్తలకు అవకాశాలను అందిస్తుంది. ఈ 21 సెం.మీ మైక్రోవేవ్ రేడియేషన్ భూమిని చేరుకున్న తర్వాత రెడ్‌షిఫ్ట్ అవుతుంది మరియు 200MHz నుండి 10 MHz పౌనఃపున్యాల వద్ద రేడియో తరంగాలుగా గమనించబడుతుంది. ది REACH (కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ యొక్క విశ్లేషణ కోసం రేడియో ప్రయోగం) ప్రయోగం కాస్మిక్ హైడ్రోజన్ నుండి అంతుచిక్కని 21-సెం.మీ లైన్‌ను గుర్తించడం లక్ష్యంగా పెట్టుకుంది.  

రియోనైజేషన్ యుగం ప్రారంభ విశ్వం యొక్క చరిత్రలో తదుపరి యుగం, ఇది బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత సుమారు 400 మిలియన్ సంవత్సరాల నుండి 1 బిలియన్ సంవత్సరాల వరకు కొనసాగింది. శక్తివంతమైన ప్రారంభ నక్షత్రాలు విడుదల చేసే అధిక శక్తి UV రేడియేషన్ల కారణంగా వాయువులు తిరిగి అయనీకరణం చెందాయి. గెలాక్సీలు మరియు క్వాసార్ల నిర్మాణం ఈ యుగంలో ప్రారంభమైంది. ఈ యుగం యొక్క లైట్లు ఎరుపు మరియు పరారుణ పరిధుల వైపుకు మార్చబడ్డాయి. హబుల్ లోతైన క్షేత్ర అధ్యయనాలు ప్రారంభ విశ్వం యొక్క అధ్యయనంలో కొత్త ప్రారంభం అయినప్పటికీ ఆదిమ లైట్లను సంగ్రహించడంలో దాని పరిధి పరిమితం. అంతరిక్షంలో ఆధారితమైన ఇన్‌ఫ్రారెడ్ అబ్జర్వేటరీ అవసరం. JWST ప్రత్యేకంగా పరారుణ ఖగోళ శాస్త్రంలో ప్రత్యేకత కలిగి ఉంది ప్రారంభ విశ్వాన్ని అధ్యయనం చేయండి. 

జేమ్స్ వెబ్ స్పేస్ టెలిస్కోప్ (JWST) 25 డిసెంబర్ 2021న ప్రయోగించబడింది. తదనంతరం, భూమికి 2 మిలియన్ కిమీ దూరంలో ఉన్న సూర్య-భూమి L1.5 లాగ్రాంజ్ పాయింట్‌కు సమీపంలోని కక్ష్యలో tt ఉంచబడింది. ఇది జూలై 2022లో పూర్తి స్థాయిలో పనిచేసింది. NIRCam (ఇన్‌ఫ్రారెడ్ కెమెరా దగ్గర), NIRSpec (ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోగ్రాఫ్ దగ్గర), MIRI (మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఇన్‌స్ట్రుమెంట్), JWST వంటి కీలకమైన సైంటిఫిక్ పరికరాలను ఉపయోగించడం ద్వారా ప్రారంభ నక్షత్రాలు మరియు గెలాక్సీల నుండి ఆప్టికల్/ఇన్‌ఫ్రారెడ్ సిగ్నల్స్ కోసం శోధిస్తుంది. గెలాక్సీల నిర్మాణం మరియు పరిణామం మరియు నక్షత్రాలు మరియు గ్రహ వ్యవస్థల ఏర్పాటు గురించి మంచి అవగాహన కోసం విశ్వంలో ఏర్పడింది. గత రెండు సంవత్సరాలలో, ఇది కాస్మిక్ డాన్ (అంటే, మొదటి గెలాక్సీలు పుట్టిన బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత మొదటి కొన్ని వందల మిలియన్ సంవత్సరాల కాలం) అన్వేషణలో మనోహరమైన ఫలితాలను అందించింది.  

JWST అడ్వాన్స్‌డ్ డీప్ ఎక్స్‌ట్రాగాలాక్టిక్ సర్వే (JADES) ప్రోగ్రామ్ 

GOODS-S మరియు GOODS-N డీప్ ఫీల్డ్‌లలో ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఇమేజింగ్ మరియు స్పెక్ట్రోస్కోపీ ద్వారా హై రెడ్‌షిఫ్ట్ నుండి కాస్మిక్ నూన్ వరకు గెలాక్సీ పరిణామాన్ని అధ్యయనం చేయడం ఈ ప్రోగ్రామ్ లక్ష్యం.  

మొదటి సంవత్సరంలో, JADES పరిశోధకులు బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత మొదటి 650 మిలియన్ సంవత్సరాల నుండి వందలాది అభ్యర్థుల గెలాక్సీలను చూశారు. 2023 ప్రారంభంలో, వారు తమ డేటాసెట్‌లో ఒక గెలాక్సీని కనుగొన్నారు, అది 14 రెడ్ షిఫ్ట్‌లో ఉన్నట్లు కనిపించింది, అది చాలా సుదూర గెలాక్సీ అయి ఉండాలి కానీ అది చాలా ప్రకాశవంతంగా ఉంది. అలాగే, ఇది సామీప్యత కారణంగా మరొక గెలాక్సీలో భాగంగా కనిపించింది. అందువల్ల, వారు అక్టోబర్ 2023లో లాభాన్ని గమనించారు. కొత్త డేటా 14 రెడ్ షిఫ్ట్‌లో ఉన్నట్లు మద్దతునిచ్చింది. రెడ్ షిఫ్ట్‌ని కొలవడానికి మరియు వయస్సును నిర్ణయించడానికి స్పెక్ట్రంలో లైమాన్-ఆల్ఫా బ్రేక్ స్థానాన్ని గుర్తించడానికి ఈ గెలాక్సీ యొక్క స్పెక్ట్రమ్ అవసరం. 

లైమాన్-ఆల్ఫా అనేది ఎలక్ట్రాన్లు n=2 నుండి n=1కి మారినప్పుడు లైమాన్ సిరీస్‌లో హైడ్రోజన్ యొక్క స్పెక్ట్రల్ ఉద్గార రేఖ. స్పెక్ట్రంలో లైమాన్-ఆల్ఫా బ్రేక్ పాయింట్ గమనించిన తరంగదైర్ఘ్యానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది (λ_{గమనించిన}) రెడ్ షిఫ్ట్ (z)ని ఫార్ములా ప్రకారం లెక్కించవచ్చు z = (λ_{గమనించిన} - λ_{మిగిలిన}) / λ_{మిగిలిన} 

JADES-GS-z14-0 గెలాక్సీ    

దీని ప్రకారం, గెలాక్సీని మళ్లీ జనవరి 2024లో NIRCam (ఇన్‌ఫ్రారెడ్ కెమెరా దగ్గర) మరియు NIRSpec (ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోగ్రాఫ్ దగ్గర) ఉపయోగించి పరిశీలించారు. వర్ణపట విశ్లేషణ గెలాక్సీ 14.32 రెడ్‌షిఫ్ట్‌లో ఉందని స్పష్టమైన సాక్ష్యాలను అందించింది, దీనిని అత్యంత సుదూర గెలాక్సీగా గుర్తించింది (మునుపటి అత్యంత సుదూర గెలాక్సీ రికార్డు (z = 13 రెడ్‌షిఫ్ట్‌లో JADES-GS-z0-13.2). దీనికి JADES అని పేరు పెట్టారు. -GS-z14-0, 13.5 బిలియన్ కాంతి సంవత్సరాల దూరంలో ఉన్న ఒక ప్రకాశవంతమైన గెలాక్సీ, ఇది 1,600-కాంతి సంవత్సరాల కంటే ఎక్కువ పరిమాణంలో ఉంది, ఇది యువ నక్షత్రాలు దాని ప్రకాశం యొక్క మూలం అని సూచించింది బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత 300 మిలియన్ సంవత్సరాల కంటే తక్కువ వ్యవధిలో ఉన్న గెలాక్సీని కలిగి ఉండటం చాలా పెద్దదిగా భావించబడదు.  

స్టోర్‌లో మరిన్ని ఆశ్చర్యకరమైనవి ఉన్నాయి.  

పరిశోధకులు MIRI (మిడ్-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ ఇన్‌స్ట్రుమెంట్)ని ఉపయోగించి ఎక్కువ తరంగదైర్ఘ్యాల వద్ద JADES-GS-z14-0ని గుర్తించగలిగారు. దీని అర్థం ఈ గెలాక్సీ నుండి కనిపించే-కాంతి శ్రేణి ఉద్గారాలను సంగ్రహించడం, అవి రెడ్-షిఫ్ట్ చేయబడి, సమీప-ఇన్‌ఫ్రారెడ్ సాధనాల పరిధికి వెలుపల మారడం. అధిక నక్షత్ర మెటాలిసిటీని సూచించే అయానైజ్డ్ ఆక్సిజన్ ఉనికిని విశ్లేషణ వెల్లడించింది. అనేక తరాల నక్షత్రాలు ఇప్పటికే వారి జీవిత కోర్సులను గడిపినప్పుడు మాత్రమే ఇది సాధ్యమవుతుంది.  

విశ్వంలోని మొదటి నక్షత్రాలు జీరో-మెటల్ లేదా చాలా తక్కువ-లోహాన్ని కలిగి ఉంటాయి. వాటిని పాప్ III స్టార్స్ లేదా పాపులేషన్ III స్టార్స్ అంటారు. లోహపు నక్షత్రాలు పాప్ II నక్షత్రాలు. యంగ్ స్టార్స్‌లో ఎక్కువ మెటల్ కంటెంట్ ఉంటుంది మరియు వాటిని "పాప్ I స్టార్స్" లేదా సోలార్ మెటల్ స్టార్స్ అని పిలుస్తారు. సాపేక్షంగా అధిక 1.4% మెటాలిసిటీతో, సూర్యుడు ఇటీవలి నక్షత్రం. ఖగోళ శాస్త్రంలో, హీలియం కంటే బరువైన ఏదైనా మూలకం లోహంగా పరిగణించబడుతుంది. ఆక్సిజన్, నైట్రోజన్ మొదలైన రసాయనాలు కాని లోహాలు విశ్వోద్భవ సందర్భంలో లోహాలు. సూపర్‌నోవా ఈవెంట్‌ను అనుసరించి ప్రతి తరంలో నక్షత్రాలు లోహాన్ని సుసంపన్నం చేస్తాయి. నక్షత్రాలలో మెటల్ కంటెంట్ పెరగడం చిన్న వయస్సును సూచిస్తుంది.   

గెలాక్సీ JADES-GS-z14-0 వయస్సును పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, బిగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత 300 మిలియన్ సంవత్సరాల కంటే తక్కువ, ఈ గెలాక్సీలోని నక్షత్రాలు జీరో-మెటల్ కంటెంట్‌తో పాప్ III నక్షత్రాలుగా ఉండాలి. అయినప్పటికీ, JWST యొక్క MIRI ఆక్సిజన్ ఉనికిని కనుగొంది.  

పై పరిశీలనలు మరియు అన్వేషణల దృష్ట్యా, ప్రారంభ విశ్వం గెలాక్సీ JADES-GS-z14-0 యొక్క లక్షణాలు గెలాక్సీ నిర్మాణంపై ప్రస్తుత అవగాహనకు అనుగుణంగా లేవు. అటువంటి లక్షణాలతో కూడిన గెలాక్సీ బింగ్ బ్యాంగ్ తర్వాత 290 మిలియన్ సంవత్సరాల నాటిది ఎలా ఉంటుంది? భవిష్యత్తులో ఇటువంటి అనేక గెలాక్సీలు కనుగొనబడే అవకాశం ఉంది. కాస్మిక్ డాన్ వద్ద గెలాక్సీల వైవిధ్యం ఉండవచ్చు. 

*** 

ప్రస్తావనలు:  

1. కార్నియాని, S., ఎప్పటికి. 2024. 14 రెడ్‌షిఫ్ట్‌లో రెండు ప్రకాశించే గెలాక్సీల స్పెక్ట్రోస్కోపిక్ నిర్ధారణ. ప్రకృతి (2024). 24 జూలై 2024న ప్రచురించబడింది. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-07860-9 . axRiv వద్ద ప్రిప్రింట్. 28 మే 2024న సమర్పించబడింది. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18485  

2. హెల్టన్ JM, ఎప్పటికి 2024. z>7.7 వద్ద గెలాక్సీలో స్టెల్లార్ కంటిన్యూమ్ మరియు నెబ్యులార్ ఎమిషన్ 14 μm వద్ద JWST/MIRI ఫోటోమెట్రిక్ డిటెక్షన్. axRiv వద్ద ప్రిప్రింట్. 28 మే 2024న సమర్పించబడింది. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.18462 

3. నాసా జేమ్స్ వెబ్ స్పేస్ టెలిస్కోప్. ప్రారంభ ముఖ్యాంశాలు – NASA యొక్క జేమ్స్ వెబ్ స్పేస్ టెలిస్కోప్ అత్యంత సుదూర తెలిసిన గెలాక్సీని కనుగొంది. 30 మే 2024న పోస్ట్ చేయబడింది. ఇక్కడ అందుబాటులో ఉంది https://webbtelescope.org/contents/early-highlights/nasas-james-webb-space-telescope-finds-most-distant-known-galaxy 

***