San íomhá mhór ar chlé, tá an iliomad réaltraí de bhraisle ollmhór darb ainm MACS J1149 + 2223 chun tosaigh sa radharc. Chuir lionsa imtharraingthe an bhraisle ollmhór an solas ón réaltra nuafhorbartha, ar a dtugtar MACS 1149-JD, thart ar 15 uair. Ar thaobh na láimhe deise uachtarach, taispeánann súmáil isteach páirteach MACS 1149-JD níos mionsonraithe, agus feictear súmáil níos doimhne ar dheis níos ísle. (NASA / ESA / STScI / JHU)

Deimhníonn Réalteolaithe an Dara Réaltra is faide i gcéin, agus tá a réaltaí cheana féin sean

Fiú amháin sula bhfuil Teileascóp Spáis James Webb againn, tá conspóid ann maidir le cathain a bheidh na chéad réaltaí a foirmíodh ag fás.

Chomh fada siar agus a d’fhéach na teileascóip is cumhachtaí riamh, ní bhfuaireamar riamh an teorainn ar a scoirfidh réaltaí agus réaltraí de bheith ann. Tá bearna mhór idir an chéad réaltra a fuaireamar riamh - GN-z11, ón uair nach raibh an Cruinne ach 400 milliún bliain d’aois - agus glow fágtha an Big Bang, ón am a bhí an Cruinne 380,000 bliain d’aois. Idir an dá linn, tá a fhios againn go gcaithfidh na chéad réaltaí a bheith ann, ach níl na cumais againn le feiceáil go díreach sa réimse sin. Go dtí go bhfaighimid Teileascóp Spáis James Webb, ní bheidh ach fianaise indíreach againn chun muid a threorú.

Agus muid ag iniúchadh níos mó agus níos mó den Cruinne, táimid in ann breathnú níos faide ar shiúl sa spás, ar ionann é agus níos faide siar in am. Tabharfaidh Teileascóp Spáis James Webb muid go domhain, go díreach, nach féidir lenár saoráidí breathnóireachta inniu a mheaitseáil. (Foirne NASA / JWST agus HST)

Ach chomh fada agus a théann fianaise indíreach, ní bhfuair muid ach borradh ollmhór. Tá eolaithe díreach tar éis an dara réaltra is faide i gcéin a dhearbhú: MACS1149-JD1, a dtagann a sholas nuair a bhí an Cruinne 530 milliún bliain d’aois: níos lú ná 4% dá aois reatha. Rud is suntasaí ná gur éirigh linn ocsaigin a bhrath ann, ag marcáil an chéad uair a bhfaca muid an eilimint throm seo chomh fada siar. Ó na breathnuithe a rinneamar, is féidir linn a thabhairt i gcrích go bhfuil an réaltra seo 250 milliún bliain d’aois ar a laghad, ag brú an fhianaise dhíreach do na chéad réaltaí siar níos faide ná riamh.

Léaráid scéimeach de stair na Cruinne, ag cur béime ar atheagrú. Sular cruthaíodh réaltaí nó réaltraí, bhí an Cruinne lán d’adamh neodrach blocála solais. Cé nach n-athainmnítear an chuid is mó den Cruinne go dtí 550 milliún bliain ina dhiaidh sin, déantar cúpla réigiún ádh a athainmniú den chuid is mó ag amanna i bhfad níos luaithe. (SG Djorgovski et al., Ionad Meán Digiteach Caltech)

Bunaithe ar a bhfuil an Cruinne déanta as: 68% fuinneamh dorcha, 27% ábhar dorcha, 4.9% gnáthábhar, 0.1% neodrós agus beagán (~ 0.01%) de radaíocht, is féidir linn insamhail a dhéanamh ar conas agus cathain ba cheart di foirmiú réaltaí agus réaltraí. Ós rud é gur féidir linn na hairíonna tosaigh a bhí aige a thomhas go díreach nuair a bhí sé 380,000 bliain d’aois, níl le déanamh againn ach dlíthe na fisice a plugáil isteach agus é a fhorbairt in am. Nuair a dhéanaimid, léiríonn na insamhaltaí is fearr atá againn scéal iontach faoi ghréasán cosmaí de struchtúr ag teacht suas le himeacht ama, ag críochnú le réaltraí éabhlóideacha agus grúpaí / braislí réaltraí scartha le folúntais chosmaí ollmhóra sa Cruinne luathaithe, luathaithe seo.

Má choinníonn dlíthe na fisice mar a bhíothas ag súil leis, táimid ag súil go mbeidh tréimhse de chuid na Cruinne ann - na haoiseanna dorcha - áit a bhfuil ábhar á tharraingt go himtharraingteach isteach sna réigiúin ródhona seo, ach nár thit nó nár chonraíodh go leor fós chun réaltaí a fhoirmiú. Féadfaidh na chéad réaltaí áit ar bith idir 50 milliún agus 200 milliún bliain a fhoirmiú, agus ansin, ina dhiaidh sin, ba cheart go dtarlódh go leor foirmiú réalta go léir ag an am céanna. Comhcheanglóidh na braislí réalta is lú le chéile ina gceann níos mó agus diaidh ar ndiaidh ina proto-réaltraí: bloic thógála na réaltraí a fheicimid inniu. Faoi dheireadh, thart ar 550 milliún bliain tar éis an Big Bang, beidh go leor réaltaí curtha le chéile go nglanfar an Cruinne dá adamh neodrach blocála solais, agus beimid in ann gach rud a fheiceáil le teileascóp optúil cumhachtach go leor.

Léargas ealaíontóra ar an gcomhshaol go luath sna Cruinne tar éis don chéad chúpla trilliún réalta foirmiú, maireachtáil agus bás. Is é saol agus saolré na réaltaí an príomhphróiseas a shaibhríonn an Cruinne seachas hidrigin agus héiliam amháin, agus déanann an radaíocht a astaíonn na chéad réaltaí trédhearcach don solas infheicthe. Níor éirigh linn daonra de na chéad réaltaí seo a fheiceáil go díreach. (NASA / ESA / ESO / Wolfram Freudling et al. (STECF))

Ach cathain a d'iompaigh na chéad réaltaí seo i ndáiríre? Cad iad na hairíonna atá acu, agus conas atá siad difriúil ó réaltaí an lae inniu? Cé chomh tapa agus a dhólann siad amach, agus cathain a fhoirmíonn na chéad réaltaí le pláinéid chreagacha agus / nó na comhábhair ionchasacha don saol? Agus an bhfuil réimse spáis roghnaithe ann ina dtarlaíonn sé seo go léir?

Go dtí an pointe seo, bhíomar in ann dul ar ais go dtí timpeall 400 milliún bliain tar éis an Big Bang trí réadlanna móra NASA, ag fáil réaltraí óga atá tagtha chun cinn go leor cheana féin. Go hindíreach, d’éirigh linn síniú sonrach a thomhas le déanaí a dhíríonn ar réaltaí a bhí ag teacht níos luaithe fós: nuair a bhí an Cruinne idir 180 agus 260 milliún bliain d’aois. Shíl muid go gcaithfeadh muid fanacht go dtí go dtiocfadh Teileascóp Spáis James Webb isteach chun é seo a dhearbhú.

An ‘snámh’ ollmhór a fheiceann tú sa ghraf anseo, toradh díreach ar staidéar le déanaí ó Bowman et al. (2018), taispeántar an comhartha dochreidte astaíochtaí 21-cm ón uair a bhí an Cruinne idir 180 agus 260 milliún bliain d’aois. Comhfhreagraíonn sé seo, creidimid, do chasadh na chéad tonn réaltaí agus réaltraí sa Cruinne. Bunaithe ar an bhfianaise seo, tosaíonn tús ‘breacadh an lae cosmaideach’ ag athdhéanamh 22 nó mar sin. (JD Bowman et al., Dúlra, 555, L67 (2018))

Ach b’fhéidir gur thug staidéar nua, a foilsíodh an 16 Bealtaine, 2018 in Nature, an dearbhú a theastaíonn uainn go bhfuil réaltaí ann, i ndáiríre, ag na hamanna luatha sin. Tá roinnt réaltraí iarrthóra i bhfad i gcéin amuigh ansin: réaltraí a dtugann a gcuid dathanna ultra-dhearg (nó fiú infridhearg) le fios gur dócha go bhfuil siad i bhfad i gcéin. Ach go dtí go ndeimhnítear na faid seo, tá gach seans ann nach bhfuil iontu ach idirphléadálaithe. Déanta na fírinne, níos luaithe an tseachtain seo, léiríodh go raibh ceann de na réaltraí iarrthóra is luaithe ina idirphléadálaí den sórt sin; tarlaíonn sé seo go minic, agus leagann sé béim ar an bhfáth go n-éilímid deimhniú.

Ba é an braisle réaltra an-mhór MACS J1149.5 + 223, ar ghlac a sholas breis agus 5 billiún bliain chun sinn a bhaint amach, a bhí mar sprioc ag ceann de na cláir Hubble Frontier Fields. Déanann an réad ollmhór seo lionsaí imtharraingthe ar na rudaí taobh thiar de, iad a shíneadh agus a mhéadú, agus a chuireann ar ár gcumas cúlaithe níos faide i gcéin ar dhoimhneacht an spáis a fheiceáil ná i réigiún réasúnta folamh. (NASA, ESA, S. Rodney (Ollscoil John Hopkins, SAM) agus an fhoireann FrontierSN; T. Treu (Ollscoil California Los Angeles, SAM), P. Kelly (Ollscoil California Berkeley, SAM) agus an fhoireann GLASS; . Lotz (STScI) agus an fhoireann Frontier Fields; M. Postman (STScI) agus foireann CLASH; agus Z. Levay (STScI))

Ach deimhníodh go deimhin go raibh an réaltra MACS1149-JD1 chomh fada ar shiúl agus a cheapamar, rud a chiallaíonn gurb é an dara réaltra is faide i gcéin a chonacthas riamh. Agus istigh ann, ní bhfuaireamar na comhábhair a bhfuil súil againn go mbeadh na chéad réaltaí iontu: hidrigin agus héiliam. Bhí ocsaigin ann freisin, agus cé gurb í an tríú heilimint is flúirseach sa Cruinne í, níor cruthaíodh ocsaigin sa Big Bang, ach tar éis do na chéad ghlúin de réaltaí maireachtáil agus bás.

Is bealaí iad iarsmaí Supernova (L) agus réaltnéal pláinéadach (R) do réaltaí a n-eilimintí dóite trom a athchúrsáil ar ais sa mheán idir-réaltach agus an chéad ghlúin eile de réaltaí agus pláinéid. Ní foláir na réaltaí pristine a bhí fíor ar dtús a chruthú sular thruailligh cumasc supernovae, nebulae pláinéadach, nó réalta neodrón an mheán idir-réaltach le heilimintí troma. Insíonn braiteadh ocsaigine sa réaltra ultra-i bhfad i gcéin seo, chomh maith le gile an réaltra, go bhfuil sé na céadta milliún bliain d’aois cheana féin. (ESO / Teileascóp an-mhór / ionstraim & foireann FORS (L); NASA, ESA, CR O'Dell (Vanderbilt), agus D. Thompson (Teileascóp Mór Binocular) (R))

Chonacthas teaglaim de cheithre réadlann i bhfad i gcéin le síniú cinnte ocsaigine agus gile breathnaithe an réaltra, chomh maith leis na sínithe hidrigine a chabhraigh go beacht lena fhad: ALMA, VLT an ESO, Hubble, agus Spitzer. Tugann an ghile le fios go bhfuil an réaltra ag foirmiú réaltaí le tamall anuas, toisc go n-éilíonn sé tógáil le himeacht ama chun na leibhéil bhreathnaithe a bhaint amach. Cruthaíonn sé seo pictiúr de mhaidin chosmaí don réaltra seo atá ar aon dul le gach rud eile atá ar eolas: áit ar cruthaíodh na chéad réaltaí a cruthaíodh d’fhonn an réaltra seo a thógáil suas díreach 250 milliún bliain tar éis an Big Bang.

Tuigtear go teoiriciúil go maith ár stair chosmaí iomlán, ach go cáilíochtúil amháin. Is trí dhearbhú agus nochtadh breathnóireachta céimeanna éagsúla in am atá thart ár Cruinne a chaithfeadh a bheith tarlaithe, cosúil le nuair a foirmíodh na chéad réaltaí agus réaltraí, gur féidir linn teacht i ndáiríre chun ár gcosmas a thuiscint. Leagann an Big Bang teorainn bhunúsach le cé chomh fada siar is féidir linn a fheiceáil i dtreo ar bith. (Nicole Rager Fuller / Fondúireacht Eolaíochta Náisiúnta)

Is céim eile é seo in uiscí cosmacha nár taifeadadh roimhe seo. Ní fhaca muid réaltra riamh i bhfad i gcéin le daonra dearbhaithe de réaltaí aibí ann. Mar a deir Richard Ellis, coauthor ar an staidéar nua:

Tá a chinneadh cathain a tharla breacadh cosmaí cosúil le `Soitheach Naofa 'na cosmeolaíochta agus foirmiú réaltraí. Le MACS1149-JD1, d’éirigh linn an stair a iniúchadh níos faide ná na teorainneacha maidir le cathain is féidir linn réaltraí a bhrath le háiseanna reatha. Tá dóchas athnuaite ann go bhfuilimid ag druidim níos gaire agus níos gaire le breith díreach solas na réalta a fheiceáil. Ós rud é go bhfuilimid go léir déanta as ábhar stellar próiseáilte, tá sé seo ag teacht ar ár mbunús féin i ndáiríre.
Beidh na chéad réaltaí agus réaltraí sa Cruinne timpeallaithe ag adamh neodracha de ghás hidrigine (den chuid is mó), a ionsúnn solas na réalta. Ní féidir linn an chéad solas réalta seo a urramú go díreach fós, ach is féidir linn a fheiceáil cad a tharlóidh tar éis beagán éabhlóid chosmaí, rud a ligfidh dúinn tátal a bhaint as nuair a chaithfidh réaltaí a bheith flúirseach go mór. (Nicole Rager Fuller / Fondúireacht Eolaíochta Náisiúnta)

Den chéad uair, táimid in ann a fháil amach go rathúil go bhfuil réaltraí ann na céadta milliún bliain níos luaithe ná mar is féidir linn iad a bhrath go díreach. Táimid níos gaire ná riamh chun an cheist a fhreagairt cathain a d’eascair na chéad réaltaí agus réaltraí as dorchadas na Cruinne luatha. Agus nuair a sheolfaidh Teileascóp Spáis James Webb in 2020, beidh a fhios againn go díreach cad a bheith ag súil leis i dtéarmaí na bhfreagraí ar cheann de na ceisteanna cosmacha is mó ar fad.

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.