De mest avlägsna objekten i universum: galaxer, rödförskjutning och ljusår (Gly)

Upptäck universums mest avlägsna objekt — galaxer, rödförskjutning (z) och avstånd i miljarder ljusår (Gly). Fakta, kandidater och hur mätningarna går till.

I den här artikeln listas de mest avlägsna saker som vi känner till, som alla är galaxer eller energikällor i galaxer. Deras avstånd beskrivs på två sätt: rödförskjutning = z och miljarder ljusår (Gly).

År 2012 fanns det bara omkring 50 möjliga objekt z=8 eller längre, och ytterligare 100 z=7-kandidater. Kandidaterna är olika intressanta, så allt är inte med här. 1 Gly = 1 miljard ljusår = 10⁹ ly.

Uppdatering sedan 2012

Sedan 2012 har observationerna förbättrats kraftigt, först med fler djupa Hubble-fält och sedan med rymdteleskopet JWST (James Webb Space Telescope). Det har lett till att antalet kandidatgalaxer med mycket höga fotometriska rödförskjutningar (z > 8–10) ökat kraftigt. Flera av dessa kandidater har också fått spektroskopisk bekräftelse, framför allt i intervallet z ≈ 9–13, men högre z-värden (t.ex. rapporterade kandidater kring z ≈ 14–16) är ofta osäkra och kräver fler observationer för att bli definitiva.

Vad betyder rödförskjutning (z)?

Rödförskjutning z är ett mått på hur mycket ljusets våglängd dragits ut av universums expansion. Formellt gäller

1 + z = λ_obs / λ_emit

Det betyder att om ett spektrallinje som avlämnades vid 100 nm observeras vid 900 nm, har 1 + z = 9 och därmed z = 8. Ju större z, desto tidigare i universums historia såg vi objektet.

Från rödförskjutning till tid efter Big Bang

Rödförskjutning kan översättas till när i universums historia ljuset sändes ut (objektets "ålder" vid observationstillfället) och till hur lång tid ljuset rest (lookback time). Dessa omräkningar beror på kosmologiska parametrar (t.ex. Hubble-konstanten och materia/energiinnehållet) men några ungefärliga siffror är användbara:

• z ≈ 6 → ljuset sändes ut ~0,9–1,0 miljard år efter Big Bang (lookback ≈ 12,8 Gyr).
• z ≈ 8 → ~0,5–0,7 miljarder år efter Big Bang (lookback ≈ 13,1 Gyr).
• z ≈ 10 → ~0,4–0,5 miljarder år efter Big Bang (lookback ≈ 13,3 Gyr).
• z ≈ 11–13 → några hundra miljoner år efter Big Bang (lookback ≈ 13,4–13,5 Gyr).

Dessa är approximativa; exakta värden kräver en specifik kosmologisk modell. Observera också att ett objekts nuvarande (komovarianta eller "samtida") avstånd är mycket större än den tid ljuset rest, på grund av universums expansion.

Olika sätt att ange avstånd

Det finns flera sätt att prata om "avstånd" i kosmologi:

• Lookback time – hur länge ljuset rest (anges ofta i miljarder år, Gly). Det är intuitivt: hur långt tillbaka i tiden ser vi.
• Ljustravelavstånd – samma som lookback time uttryckt i ljusår.
• Proper eller komovariant avstånd – hur långt bort objektet skulle vara just nu om man kunde mäta ett ögonblick i universums nutid. Detta kan vara många gånger större än ljusets restid i ljusår.

Hur hittar och bekräftar vi väldigt avlägsna objekt?

Metoderna inkluderar:

• Fotometrisk selektion – "dropout"-tekniker där ett objekt faller bort i filter kortare än Lyman-break och därför är kandidat för högt z. Detta ger ofta ett fotometriskt z-värde (osäkert).
• Spektroskopisk bekräftelse – mätning av spektrallinjer (t.ex. Lyman-α eller andra UV/optiska linjer som flyttats till infrarött) ger ett säkrare z. JWST:s instrument har blivit särskilt viktiga för att göra dessa mätningar för svaga, rödskiftade galaxer.
• Transienta händelser – vissa gamma-ray bursts (GRB) och andra lysande utbrott kan sändas från mycket tidiga galaxer och ge spektroskopisk z.

En utmaning är att fotometriska kandidater kan förväxlas med nära, dammiga eller stelare galaxer och därför kräver spektral bekräftelse.

Vad räknas som "mest avlägset"?

De mest avlägsna individuella objekten vi kan se är oftast galaxer, aktiva galaxkärnor (quasarer) eller ljusa transienta källor. Det finns också två andra referenspunkter:

• Rekombinationens yta / kosmiska mikrovågsbakgrundens (CMB) emissionsyta – den mest avlägsna "bild" vi har i meningen bakgrundens källa ligger vid z ≈ 1 100 (yngre än Big Bang), men det är inte enstaka objekt utan en bakgrund.
• Stjärnbildande galaxer och quasarer – de individuella ljuskällor som försvaras i listor över "mest avlägsna" är vanligen galaxer eller quasarer bekräftade eller föreslagna vid mycket höga z.

Varför är det intressant?

Att hitta och studera dessa extremt avlägsna objekt ger insikt i den tidiga galaxbildningen, återjoniseringstiden (när stjärnor och galaxer joniserade det neutrala väte som fyllde universum) och hur stora strukturer växte fram ur små täthetsfluktuationer efter Big Bang.

Framtiden

De närmaste åren kommer observationer med JWST, de stora markbaserade jätteteleskopen (ELT, GMT, TMT) och 21-cm-radiotelescoper att förbättra vår kännedom om universums första hundratals miljoner år. Många nuvarande kandidater med extremt höga fotometriska z väntar på spektroskopisk bekräftelse; några kommer sannolikt stå sig, andra kommer att revideras.

Sammanfattningsvis: listor över "mest avlägsna objekt" förändras snabbt i takt med nya observationer. År 2012 var antalet kända z≥8-kandidater begränsat (omkring 50), men i dag (tack vare Hubble och framför allt JWST) finns betydligt fler kandidater och flera spektroskopiskt bekräftade galaxer i intervallet z ≈ 9–13, medan de högsta rapporterade z-kandidaterna fortfarande kräver noggrann verifiering.

Relaterade sidor

• Galaxy
• Lista över galaxer
• IC 1101: den största kända galaxen med omkring 100 biljoner stjärnor.

 
Hubble tittar in i det förflutna.  

Sök med bokstav