Mapování základních struktur vesmíru a distribuce temné hmoty pomocí COSMOS-Webb

Tento ambiciózní program bude studovat půl milionu galaxií v poli o velikosti tří úplňků.

Zírali jsme hluboko do obrovské oblohy o velikosti tří úplňků, NASA‚s Vesmírný dalekohled Jamese Webba Ambiciózní program ke studiu půl milionu galaxií. Průzkum nazvaný COSMOS-Webb je největším projektem, který Webb provede během prvního roku. S více než 200 hodinami pozorování bude navazovat na předchozí objevy a pokročit ve třech konkrétních oblastech studia. Mezi ně patří revoluce v našem chápání éry reionizace; hledání raných plně vyvinutých galaxií; A zjistěte, jak se vyvinula temná hmota a hvězdný obsah galaxií. Díky rychlému zveřejnění dat bude tento průzkum základním souborem starších dat Webb pro vědce z celého světa, kteří studují galaxie za hranicemi mléčná dráha.

Až vesmírný teleskop Jamese Webba NASA zahájí v roce 2022 vědecké operace, jednou z jeho prvních misí bude ambiciózní program na mapování nejstarších struktur ve vesmíru. Tento široký a hluboký průzkum půl milionu galaxií, nazvaný COSMOS-Webb, je největším projektem, který Webb provede během prvního roku.

S více než 200 hodinami sledování COSMOS -Webb naskenuje velký pás oblohy – 0,6 čtverečních stupňů – pomocí své blízké infračervené kamery (NIRCam). To je velikost tří úplňků. Současně budete mapovat menší oblast pomocí Mid-Infrared Instrument (MIRI).

Je to velká rozloha oblohy a je to pro COSMOS-Webb velmi jedinečné. Caitlin Casey, docentka na University of Texas v Austinu a spoluvedoucí programu COSMOS-Webb, vysvětlila, že většina programů Webb kopá velmi hluboko, jako skenování paprsků pera studující malé skvrny oblohy. „Protože pokrýváme velkou oblast, můžeme se podívat na rozsáhlé struktury na úsvitu vzniku galaxií. Podíváme se také na některé z nejvzácnějších raných galaxií a zmapujeme rozsáhlé rozložení temné hmoty v galaxiích do velmi raných dob “.

(Temná hmota neabsorbuje, neodráží ani nevyzařuje světlo, takže ji nelze přímo vidět. Víme, že temná hmota existuje, protože působí na věci, které můžeme pozorovat.)

COSMOS-Webb bude studovat půl milionu galaxií s vícepásmovým zobrazováním s vysokým rozlišením a blízkým infračerveným zářením a s nebývalými 32 000 ve střední infračervené oblasti. Díky rychlému zveřejnění dat bude tento průzkum základním souborem starších dat Webb pro vědce z celého světa, kteří studují galaxie mimo Mléčnou dráhu.

V návaznosti na Hubbleovy úspěchy

Průzkum COSMOS začal v roce 2002 jako Hubbleův program pro zobrazení mnohem většího pásu oblohy, kolem oblasti 10 úplňků. Odtud se spolupráce zdvojnásobila a zahrnovala většinu hlavních světových teleskopů na Zemi a ve vesmíru. Nyní je COSMOS skenování s více vlnovými délkami, které pokrývá celé spektrum rentgenových paprsků prostřednictvím rádia.

Díky své poloze na obloze je pole COSMOS přístupné observatořím po celém světě. Nachází se na nebeském rovníku a lze jej studovat ze severní i jižní polokoule, což má za následek bohatou a různorodou pokladnici dat.

„COSMOS se stal průzkumem, ke kterému se chystá řada extragalaktických vědců pro své analýzy, protože datové produkty jsou tak široce dostupné a protože pokrývají širokou oblast oblohy,“ řekl Jeyhan Kartaltepe z Rochester Institute of Technology, odborný asistent fyziky a spoluvedoucí programu COSMOS. Web. „COSMOS-Webb je dalším pokračováním toho, kde používáme Webb k rozšíření našeho pokrytí v blízké a střední infračervené části spektra, tedy dále od našeho horizontu, jak daleko vidíme.“

Ambiciózní program COSMOS-Webb bude stavět na předchozích objevech a dosáhnout pokroku ve třech konkrétních oblastech studia, včetně: revoluce v našem chápání éry reionizace; hledání raných plně vyvinutých galaxií; A zjistěte, jak se vyvinula temná hmota a hvězdný obsah galaxií.

Cíl 1: Revoluci v našem chápání éry reionizace

Brzy po Velkém třesku byl vesmír úplně temný. Hvězdy a galaxie, které omývají vesmír světlem, se ještě nevytvořily. Místo toho se vesmír skládal z prvotní polévky neutrálních atomů vodíku a hélia a neviditelné temné hmoty. Tomu se říká vesmírné temné věky.

O několik set milionů let později se objevily první hvězdy a galaxie a poskytly energii k opětovné ionizaci raného vesmíru. Tato energie rozdrtila atomy vodíku, které naplnily vesmír, dodaly mu elektrický náboj a ukončily vesmírné temné věky. Tento nový věk, ve kterém byl vesmír zaplaven světlem, se nazývá éra reionizace.

První cíl COSMOS-Webb se zaměřuje na tuto epochu reionizace, ke které došlo 400 000 až 1 miliardu let po Velkém třesku. Reionizace pravděpodobně nastane v malých kapsách, ne najednou. COSMOS-Webb bude hledat bubliny, které ukazují, kde došlo k reionizaci prvních kapes raného vesmíru. Cílem týmu je zmapovat velikost těchto reionizačních bublin.

„Hubble odvedl skvělou práci při hledání hrstky těchto galaxií až do raného věku, ale k pochopení procesu reionizace potřebujeme další tisíce galaxií,“ vysvětlil Casey.

Vědci ani nevědí, jaký druh galaxií vedl k éře reionizace, zda šlo o velmi hmotné nebo relativně nízkohmotné systémy. COSMOS-Webb bude mít jedinečnou schopnost najít masivní a extrémně vzácné galaxie a zjistit, jak jsou rozmístěny ve velkých strukturách. Jsou tedy galaxie zodpovědné za reionizaci žijící v ekvivalentu kosmického města, nebo jsou většinou rovnoměrně rozloženy v celém prostoru? Na tuto otázku může vědcům pomoci pouze průzkum velikosti COSMOS-Webb.

Cíl 2: Hledání plně vyvinutých galaxií

COSMOS-Webb bude hledat velmi rané, plně vyvinuté galaxie, které zastavily narození hvězd v prvních 2 miliardách let po Velkém třesku. Hubble našel několik těchto galaxií, které zpochybňují existující modely vzniku vesmíru. Vědci se snaží vysvětlit, jak by tyto galaxie mohly obsahovat staré hvězdy a nevytvářet žádné nové hvězdy tak brzy v historii vesmíru.

Prostřednictvím rozsáhlého průzkumu, jako je COSMOS-Webb, najde tým mnoho z těchto vzácných galaxií. Plánují podrobné studie těchto galaxií, aby pochopili, jak se mohly tak rychle vyvíjet a zastavit tvorbu hvězd tak brzy.

Cíl 3: Zjistěte, jak se temná hmota vyvinula pomocí hvězdného obsahu galaxií

COSMOS-Webb poskytne vědcům pohled na to, jak se temná hmota v galaxiích vyvíjela s hvězdným obsahem galaxií po celou dobu životnosti vesmíru.

Galaxie se skládají ze dvou typů hmoty: obyčejné a světelné hmoty, kterou vidíme ve hvězdách a dalších věcech, a neviditelné temné hmoty, která je často hmotnější než galaxie a může ji obklopovat v prodlouženém halo. Tyto dva druhy hmoty jsou provázány při vzniku a vývoji galaxií. V tuto chvíli však není mnoho znalostí o tom, jak se hmota temné hmoty tvoří ve svatozářích galaxií a jak tato temná hmota ovlivňuje vznik galaxií.

COSMOS-Webb na tento proces upozorní tím, že umožní vědcům měřit halo temné hmoty přímo „slabým objektivem“. Gravitace jakéhokoli typu hmoty – ať už je tmavá nebo světelná – může fungovat jako čočka k „ohnutí“ světla, které vidíme ze vzdálených galaxií. Slabost čočky narušuje zdánlivý tvar galaxií pozadí, takže když halo leží před jinými galaxiemi, vědci mohou přímo měřit hmotnost temné hmoty v halo.

řekl člen týmu Anton Quikmore, vědecký astronom z Space Telescope Science Institute v Baltimoru, který pomohl navrhnout strategii pozorování programu a je zodpovědný za vytváření všech snímků z programu. „Toto je kritická epocha, abychom se pokusili porozumět tomu, jak byla hmota galaxií poprvé položena a jak s ní haly halo hnědou hmotou. A to by mohlo nepřímo podpořit naše chápání vzniku galaxií.“

Rychle sdílejte data s komunitou

COSMOS-Webb je pokladní software, který je podle definice navržen tak, aby vytvářel datové sady trvalé vědecké hodnoty. Treasury programy se snaží vyřešit mnoho vědeckých problémů pomocí jediné, ucelené sady dat. Data získaná v rámci programu Treasury obvykle nemají výhradní přístupové období, což umožňuje okamžitou analýzu jinými výzkumníky.

„Jako program vault jste odhodláni rychle uvolnit svá data a datové produkty do komunity,“ vysvětlil Kartaltepe. „Vytvoříme tento komunitní zdroj a zveřejníme jej, aby jej zbytek komunity mohl použít ve svých vědeckých analýzách.“

Koekemoer dodal: „Program Treasury se zavazuje zpřístupnit všechny tyto vědecké produkty veřejně, aby kdokoli v komunitě, dokonce i velmi malé organizace, mohl mít stejný stejný přístup k datovým produktům a poté se vědě věnoval.“

COSMOS-Webb je program pro obecné pozorovatele od prvního cyklu. Programy obecných pozorovatelů byly vybrány konkurenčně pomocí anonymního systému dvojí kontroly, stejného systému používaného pro přidělování času na HST.

Po spuštění v roce 2021 bude vesmírný teleskop Jamese Webba přední světovou vesmírnou vědeckou observatoří. Webb bude řešit záhady naší sluneční soustavy, dívat se dále do vzdálených světů kolem jiných hvězd a zkoumat záhadné struktury a původ vesmíru a naše místo v něm. Webb je mezinárodní program vedený NASA se svými partnery ESA (Evropská vesmírná agentura) a Kanadskou vesmírnou agenturou.