Na ranijim snimkama toga dijela neba ne vidi se nikakav izvor svjetlosti. Webb je ipak ondje dvaput zabilježio isti infracrveni signal, u razmaku od oko 88 dana. Astronomi zasad ne mogu objasniti koji ga je objekt proizveo.
Signal je pronađen u Hubbleovu ultradubokom polju, malom dijelu neba koji astronomi proučavaju već više od dva desetljeća. Pojavljuje se kao emisijska linija na valnoj duljini od oko 1,6 mikrometara. Naizgled prazno mjesto moglo bi skrivati vrlo slab objekt ili izvor kojemu se sjaj promijenio između ranijeg snimanja i kasnijih mjerenja.
Mason S. Huberty i suradnici opisali su nalaz u radu objavljenom 22. rujna u časopisu The Astrophysical Journal. Razmotrili su nekoliko mogućnosti, od galaksije iz ranog svemira do prolaznog događaja poput supernove ili razaranja zvijezde uz crnu rupu. Nijedna zasad ne objašnjava sva opažena svojstva.
Tražili su svjetlost bez unaprijed odabranih objekata
Do nalaza su došli iskušavajući drukčiji način uporabe Webbova spektrografa NIRSpec. Uobičajeno astronomi najprije na snimkama odaberu objekte, a zatim otvore minijaturne zatvarače instrumenta kako bi prikupili njihove spektre. Takav postupak dobro služi proučavanju poznatih izvora, ali može propustiti one koji na snimkama nisu dovoljno uočljivi.
Tim je gotovo sve zatvarače ostavio otvorenima, a zatvorio one ispred već poznatih objekata čija bi svjetlost mogla ometati potragu. Tako je pretražio veći dio polja bez prethodnog popisa ciljeva. Metodu su nazvali MOCSS, prema engleskom nazivu Multiobject Coronagraphy for Slitless Spectroscopy.
Umjesto da traže obrise galaksija, tražili su emisijske linije: uske dijelove spektra u kojima atomi ili ioni emitiraju pojačano zračenje. Spektroskopija razdvaja svjetlost prema valnim duljinama pa može otkriti obilježja koja se na običnoj snimci gube u ukupnom sjaju objekta.
Istraživači su izdvojili sedam pouzdanih emisijskih linija. Šest su povezali s poznatim galaksijama, dok za sedmu nisu pronašli odgovarajući izvor u postojećim katalozima.
Signal se ponovio nakon 88 dana
NIRSpec je polje promatrao u kolovozu i studenome 2023., uz promjenu orijentacije instrumenta za približno 89 stupnjeva. Signal se pojavio u sva četiri skupa kombiniranih ekspozicija. Ponavljanje na očekivanim mjestima pri različitim položajima instrumenta snažan je argument da nije riječ o slučajnom šumu ili pogrešci detektora.
Osim toga, izmjereni intenziteti linije u opservacijama razmaknutima oko 88 dana međusobno se podudaraju unutar mjernih nesigurnosti. To otežava tumačenje prema kojem bi signal proizveo objekt Sunčeva sustava koji se brzo pomiče po nebu.
Veći je problem usporedba s Webbovim snimkama iz programa JADES, nastalima u listopadu 2022. Valna duljina linije nalazi se unutar raspona jednoga od upotrijebljenih filtara. Prema izračunu autora, kada bi linija tada bila jednako jaka, njezin bi intenzitet bio dovoljan da se izvor uoči i na tim snimkama. Ipak, ondje ga nema.
Jedna linija ne otkriva udaljenost
Emisijska linija često omogućuje prepoznavanje kemijskog elementa, ali ovdje nedostaju druge linije koje bi potvrdile identifikaciju. Širenje svemira rasteže valne duljine svjetlosti, pa isti zabilježeni infracrveni trag može odgovarati različitim linijama nastalima na različitim udaljenostima. Bez identifikacije linije nema ni pouzdanog crvenog pomaka, podatka važnog za određivanje udaljenosti galaksija.
Ako bi se radilo o vodikovoj liniji Lyman-alfa, izvor bi imao crveni pomak od približno 12,2 i pripadao vrlo ranom svemiru. No za takvo bi objašnjenje trebalo razumjeti kako je toliko zračenja prošlo kroz tada uglavnom neutralan međugalaktički vodik. Izvor bi također morao imati neuobičajeno snažnu liniju u odnosu na ostatak svoje svjetlosti.
Druga tumačenja povezuju signal s vodikom ili kisikom u bližoj galaksiji. I ona nailaze na poteškoće: očekivale bi se dodatne linije koje nisu pronađene ili iznimna svojstva plina i zvjezdane populacije. Ni aktivna galaktička jezgra, u kojoj tvar pada prema supermasivnoj crnoj rupi, ne nudi jednostavno rješenje. Autori razmatraju i mogućnost da takva jezgra u susjednoj galaksiji osvjetljava odvojeni oblak plina.
Izvor se možda pojavio nakon ranijih snimanja
Razmak od otprilike godine dana između snimanja i spektroskopskih mjerenja dopušta još jednu mogućnost: izvor tada možda nije bio jednako sjajan. Prolazni događaj mogao bi objasniti zašto ga nema na ranijim snimkama, bez pretpostavke da objekt trajno emitira gotovo svu uočljivu svjetlost u jednoj liniji.
Jedan je kandidat supernova tipa IIn, kod koje izbačena tvar udara u gust plin oko zvijezde. Ipak, i u tom bi se slučaju očekivala još jedna vodikova linija koja nije zabilježena, premda bi je prašina mogla oslabiti. Druga je mogućnost plimno razaranje zvijezde uz supermasivnu crnu rupu. U kasnijoj fazi takva događaja snažna vodikova linija može ostati vidljiva dok je zračenje na ostalim valnim duljinama slabo. Zasad nema dovoljno podataka da se taj scenarij potvrdi.
Autori predlažu nova mjerenja NIRSpecom kako bi istodobno prikupili spektre s mjesta detekcije i iz susjednih galaksija. Dublje opservacije mogle bi otkriti dodatne linije. Njihov bi raspored omogućio identifikaciju zračenja, određivanje crvenog pomaka i provjeru je li nepoznati izvor povezan s nekim od obližnjih objekata.
