Kai kalbame apie pirmąsias galaktikas, Džeimso Webbo kosminis teleskopas bandys suprasti tų galaktikų susidarymą ir jų ryšį su tamsiąja materija. Taigi, tyrinėdami galaktikas ir ypač jų susidarymą, galime gauti keletą patarimų, kaip veikia tamsiosios materijos. Bent jau tokia viltis. Pasirodo, kad astronomija yra šiek tiek sudėtingesnė, ir vienas pagrindinių dalykų, su kuriais turime susidurti tyrinėdami šias tolimas galaktikas, yra dulkės. Daug dulkių.
Teisingai: geros senamadiškos dulkės. Dėl kai kurių išgalvotų modeliavimų mes pradedame išvalyti vaizdą.
Tebūna šviesa
Galaktikos pirmą kartą pradėjo formuotis gana seniai, vos per kelis šimtus milijonų metų į mūsų visatos istoriją. Tačiau kol kas neturime tiesioginių tų pirmųjų galaktikų vaizdų. Jie tiesiog yra per toli, kad šviesa mus pasiektų be didžiulio teleskopo. Dar daugiau, nes jie yra taip nutolę ir Visata išsiplėtė nuo tada, kai buvo skleidžiama jų šviesa, jie nebešviečia matomoje šviesoje. Jų šviesa buvo perjungta į infraraudonųjų spindulių spektrą. Taigi, jei norite turėti bet kokią galimybę atvaizduoti šias kūdikių galaktikas, mums reikia didelio infraraudonųjų spindulių teleskopo. Įveskite James Webb.
Jamesas Webbas nėra tyrimo priemonė; jis nepažymės nepaprastai didelio visatos tūrio. Bet tai tikrai suteiks mums keletą portretų, kokia buvo Visata prieš daugiau nei 13 milijardų metų, ir ypač tai, kokios buvo tos jaunos galaktikos. Tų galaktikų struktūra ir sudėtis priklauso nuo tamsiosios materijos. Viskas, kas priklauso nuo tamsiosios medžiagos kiekio, iš ko ji tiksliai pagaminta ir kaip ji nusprendžia sugrupuoti, daro įtaką galaktikų formavimuisi. Šios (šiuo metu nežinomos) tamsiosios materijos savybės keičia tai, kiek galaktikų yra, kokie jie ryškūs ir net kokias žvaigždes jie laiko.
Tačiau šis galaktikų ir tamsiosios materijos ryšys iš tikrųjų suprantamas tik imitacijose. Taip yra todėl, kad mes neturime daug tiesioginių tamsiosios medžiagos stebėjimų (tarsi pats vardas jums nieko neaiškino). Trumpai tariant, mes nevisiškai suprantame, kas yra tamsiosios materijos. Taigi kartais turime atspėti ir sudėti šiuos spėjimus į kompiuterį, modeliuodami Visatos augimą, ir pamatome, kaip normali materija, pavyzdžiui, žvaigždės, dujos ir dulkės, reaguoja į tai ir sudaro galaktikas.
Tegul bus dulkių
Taigi, palyginę Džeimso Webbo pateiktus faktinius galaktikų vaizdus ir statistiką su įvairiais mūsų modeliavimais, mes tikimės, kad galime rasti geriausią atitikimą ir išsirinkti, kuris tamsiosios medžiagos modelis yra tiksliausias. Iš ten mes galime sužinoti dar daugiau apie visatą, pavyzdžiui, medžioti egzotiškus gravitacijos modelius ar net sužinoti apie paslaptingąją tamsiosios energijos prigimtį (tai yra visiškai atskiras straipsnis).
Tai skamba tiesmukai, bet taip nėra. Stebėjimai Visatoje yra labai nepatogūs ir sudėtingi bei paprastai labai sunkūs, nes mūsų visatoje yra daug daugiau nei tik žvaigždės ir galaktikos bei tamsiosios medžiagos ir Džeimso Webbo kosminis teleskopas.
Taip pat yra dulkių. Daug to.
Dulkės yra sudarytos iš anglies ir deguonies stygų ir dar daugiau, sukasi ir sukasi galaktikų viduje, aplink galaktikas ir tarp galaktikų. Pasirodo, tarpgalaktinė erdvė yra gana nepatogi vieta. Čia tik dulkės. Ir dulkės maišosi su šviesa.
Kai šviesa iš tų tolimų galaktikų eina per milijardus milijardų šviesmečių, kad pasiektų Džeimsą Webbą, ji kerta daug dulkių. Tos dulkės ją išsklaidys, susilpnins ir taip pat raudonai sugadins. Kitaip tariant, jei bandome suprasti, kaip atrodo šios jaunos galaktikos, šias galaktikas galime pamatyti tik per miglą. Taigi neturime ir niekada negausime aiškių ankstyvosios visatos vaizdų.
Dar kartą - gelbėjimo modeliavimas.
Iliustracinis pavyzdys
Tačiau šį kartą modeliavimui reikia papildomos pagalbos. Jie turi realius duomenis, su kuriais gali dirbti. Ne duomenys iš ankstyvosios visatos (nes to dar neturime), bet duomenys iš netoliese esančios visatos. Mes sukūrėme žemėlapius ir stebėjimus ir juokingai tyrėme dulkių savybes tarp galaktikų mūsų vietiniame kosmoso lopine. Šie duomenys bus įtraukti į ankstyvosios visatos modeliavimą, kad būtų galima kiek įmanoma tiksliau numatyti, ką iš tikrųjų matys Jamesas Webbas.
Tai panašu į aplink jus esančio rūko pavyzdžių bandymą, norint suprasti, kaip iš tikrųjų atrodo tolimas švyturys.
Neseniai tyrėjų komanda paskelbė modeliavimo rinkinio, pavadinto „Illustris“, rezultatus. Kaip rodo pavadinimas, šie modeliavimai yra neįtikėtinai sudėtingi, apimantys ne tik tamsiąją medžiagą ir galaktikų susidarymą, bet net imituojantys iš šių galaktikų skleidžiamą šviesą, kai ji praeina per milijardus šviesmečių dulkių ir į kažką panašaus į Jamesą Webbą.
Pagrindinis modeliavimo tikslas buvo nuspėti, ką Jamesas Webbas pamatys tai, ką astronomai vadina galaktikų šviesumo funkcija. Tai tik išgalvotas būdas pasakyti, kiek galaktikų bus matoma kiekviename ryškumo lygyje: kiek tikrai ryškių, kiek vidutiniškai šviesių, kiek neryškių ir t. Galaktikos blizgesio funkcijai turi įtakos tamsiosios medžiagos savybės: pavyzdžiui, jei tamsiosios medžiagos jausmas yra ypač sulipęs, tada mūsų visatoje bus ryškesnių galaktikų ir tai pakeis šią šviesumo funkciją.
Bet pačią šviesumo funkciją taip pat veikia dulkės, nes dulkės keičia visą iš visų galaktikų skleidžiamą šviesą. Šie modeliavimai yra vieni iš pirmųjų bandymų pateikti vaizdą iš galo iki galo, susiejantį tai, ką pamatys Džeimsas Webas (kitaip tariant, kokie duomenys bus iš tikrųjų) su tamsiosios materijos ir galaktikų formavimosi fizika.
Žinoma, tai tik pirmas žingsnis; šie modeliavimai apima daugybę prielaidų ir geriausius spėjimus, pagrįstus dabartiniais stebėjimais. Tačiau esu tikras, kad tuo metu, kai Jamesas Webbas skris, mes turėsime daug daugiau duomenų ir daug daugiau modeliavimų.
Skaitykite daugiau: „Didelės raudonojo poslinkio JWST prognozės iš„ IllustrisTNG “: Dulkių modeliavimas ir galaktikų švytėjimo funkcijos“
