Existencia druhej a štvrtej najvzdialenejšej galaxie, ktorá bola kedy zaznamenaná (UNCOVER z-13 a UNCOVER z-12), bola potvrdená pomocou blízkej infračervenej kamery Jamesa Webba Space Telescope (NIRCam). Galaxie sa nachádzajú v zhluku Pandora (Abell 2744) a sú tu zobrazené ako blízke infračervené vlnové dĺžky svetla preložené do farieb viditeľného svetla. Obraz hlavného klastra je zmenšený v oblúkových sekundách, čo je miera uhlovej vzdialenosti na oblohe. Kruhy na čiernobielych snímkach zobrazujúce galaxie v dosahu filtra NIRCam-F277W na palube teleskopu Jamesa Webba naznačujú veľkosť otvoru 0,32 oblúkovej sekundy. Zdroj: Klastrový obrázok: NASA, UNCOVER (Bezanson et al., DIO: 10.48550/arXiv.2212.04026) Prílohy: NASA, UNCOVER (Wang et al., 2023) Syntéza: Danny Ziemba/Penn State
Následné pozorovania v zhluku Pandora potvrdili existenciu druhej a štvrtej najvzdialenejšej galaxie vôbec, väčšej ako iné galaxie nájdené v takých extrémnych vzdialenostiach.
Druhá a štvrtá najvzdialenejšia galaxia, ktorá bola kedy objavená, bola objavená v oblasti vesmíru známej ako zhluk Pandora alebo Abell 2744 s použitím údajov z… NASA‚s Vesmírny teleskop Jamesa Webba (JWST). Na následnom obrázku oblasti v hlbokom poli (pozri obrázok nižšie) medzinárodný tím vedený výskumníkmi z Penn State potvrdil vzdialenosť týchto starých galaxií a odvodil ich vlastnosti pomocou nových spektroskopických údajov – informácií o svetle vyžarovanom v elektromagnetickom spektre – z JWST. Tieto neuveriteľne vzdialené galaxie, vzdialené asi 33 miliárd svetelných rokov, ponúkajú pohľad na to, ako vznikli prvé galaxie.
Jedinečný vzhľad a význam
Na rozdiel od iných potvrdených galaxií v tejto vzdialenosti, ktoré sa na obrázkoch javia ako červené bodky, sú nové galaxie podľa vedcov väčšie a vyzerajú ako arašidy a nadýchaná guľa. Dnes (13. novembra) sa v časopise objavuje článok popisujúci galaxie Astrophysical Journal Letters.
Astronómovia odhadujú, že na tomto hlbokom poli zhluku Pandora z vesmírneho teleskopu NASA Jamesa Webba je zastúpených 50 000 blízkych infračervených zdrojov svetla. Jeho svetlo prešlo rôzne vzdialenosti, aby sa dostalo k detektorom ďalekohľadu, čo predstavuje rozľahlosť vesmíru na jednom obrázku. Poďakovanie: Veda: NASA, ESA, CSA, Ivo Lappé (Swinburne), Rachel Bezanson (University of Pittsburgh), Spracovanie obrazu: Alyssa Pagan (STScI)
„O ranom vesmíre sa vie veľmi málo a jediný spôsob, ako sa o tom čase dozvedieť a otestovať naše teórie o formovaní galaxií a skorom raste, je cez tieto veľmi vzdialené galaxie,“ povedal prvý autor Bingyi Wang, postdoktorandský výskumník na Univerzite v. Pennsylvánia. Eberly State College of Science a člen Tím JWST UNCOVER (pozorovania Ultradeep NIRSpec a NIRCam pred érou reionizácie) kto robil výskum. „Pred našou analýzou sme vedeli len o troch potvrdených galaxiách v tejto extrémnej vzdialenosti. Štúdium týchto nových galaxií a ich vlastností odhalilo rozmanitosť galaxií v ranom vesmíre a to, čo sa z nich dá naučiť.“
Pohľady do raného vesmíru
Pretože svetlo z týchto galaxií muselo prejsť dlhý čas, aby sa dostalo na Zem, poskytuje okno do minulosti. Výskumný tím odhaduje, že svetlo objavené vesmírnym teleskopom Jamesa Webba bolo vyžarované z týchto dvoch galaxií, keď bol vesmír starý asi 330 miliónov rokov, a prešlo asi 13,4 miliardy svetelných rokov, kým dosiahlo vesmírny teleskop Jamesa Webba. Vedci však uviedli, že galaxie sú v súčasnosti bližšie k 33 miliardám svetelných rokov od Zeme v dôsledku expanzie vesmíru počas tohto obdobia.
„Svetlo z týchto galaxií je staré, asi trikrát staršie ako Zem,“ povedal Joel Lyga, docent astronómie a astrofyziky v Penn State a člen organizácie UNCOVER. „Tieto rané galaxie sú ako majáky, svetlo prenikajúce cez veľmi tenký vodíkový plyn, ktorý tvoril raný vesmír. Len vďaka ich svetlu môžeme začať chápať zvláštnu fyziku, ktorá vládla galaxii blízko kozmického úsvitu.“
Pomocou vesmírneho teleskopu Jamesa Webba vedci objavili dve vzdialené galaxie v zhluku Pandora, čo poskytuje nový pohľad na raný vesmír. Tieto galaxie, jedinečné svojou veľkosťou a vzhľadom, spochybňujú naše chápanie formovania galaxií v ranom vesmíre. Poďakovanie: NASA
Stojí za zmienku, že tieto dve galaxie sú oveľa väčšie ako tri predtým existujúce galaxie v týchto veľkých vzdialenostiach. Jeden je najmenej šesťkrát väčší a má priemer asi 2000 svetelných rokov. Na porovnanie, mliečna dráha Galaxia má priemer asi 100 000 svetelných rokov, ale Wang verí, že raný vesmír bol veľmi kompaktný, takže je prekvapujúce, že galaxia mohla byť taká veľká.
„Galaxie predtým objavené v týchto vzdialenostiach sú bodové zdroje. Na našich snímkach sa javia ako bodka,“ povedal Wang. „Ale jedna z našich vyzerá podlhovastá, takmer ako arašid, a druhá ako tenká guľa. Nie je jasné, či rozdiel vo veľkosti je spôsobený tým, ako sa hviezdy vytvorili alebo čo sa s nimi stalo po ich vzniku, ale rozmanitosť v Vlastnosti galaxií sú naozaj zaujímavé. Očakáva sa, že tieto rané galaxie vznikli z podobných materiálov, no už teraz vykazujú známky toho, že sa od seba veľmi líšia.
Metodológie výskumu
Tieto dve galaxie patrili medzi 60 000 svetelných zdrojov v zhluku Pandora objavených na jednej z prvých snímok hlbokého poľa, ktoré urobil vesmírny teleskop Jamesa Webba v roku 2022, v prvom roku vedeckých operácií. Táto oblasť vesmíru bola vybraná čiastočne preto, že leží za mnohými kopami galaxií, ktoré vytvárajú prirodzený efekt zväčšenia nazývaný gravitačná šošovka. Gravitačná sila kombinovanej hmoty zhlukov deformuje priestor okolo nich, sústreďuje a zosilňuje akékoľvek svetlo, ktoré prechádza v ich blízkosti, a poskytuje zväčšený pohľad za zhluky.
V priebehu niekoľkých mesiacov tím UNCOVER zúžil 60 000 svetelných zdrojov na 700 kandidátov na následnú štúdiu, z ktorých osem by podľa nich mohlo byť medzi prvými galaxiami. Potom vesmírny teleskop Jamesa Webba opäť namieril na zhluk Pandora a zaznamenal spektrá kandidátov, akýsi odtlačok prsta, ktorý podrobne opisuje množstvo svetla emitovaného pri každej vlnovej dĺžke.
„Niekoľko rôznych tímov používa rôzne metódy na hľadanie týchto starovekých galaxií, pričom každá má svoje silné a slabé stránky,“ povedala Leija. „Skutočnosť, že mierime touto obrovskou lupou do vesmíru, nám dáva neuveriteľne hlboké okno, ale je to veľmi malé okno, takže sme hádzali kocky. Mnohí kandidáti boli nepresvedčiví a aspoň jeden z nich bol prípad pomýlenej identity. Bolo to niečo oveľa bližšie.“ „Simuluje vzdialenú galaxiu. Ale mali sme šťastie a ukázalo sa, že dve z nich sú tieto staroveké galaxie. Je to neuveriteľné.“
Vlastnosti a účinky
Výskumníci tiež použili podrobné modely na odvodenie vlastností týchto skorých galaxií, keď vyžarovali svetlo detekované vesmírnym teleskopom Jamesa Webba. Ako vedci očakávali, tieto dve galaxie boli mladé, mali vo svojom zložení málo kovu, rýchlo rástli a aktívne tvorili hviezdy.
„Prvé prvky sa vytvorili v jadrách raných hviezd prostredníctvom procesu fúzie,“ povedal Lyga. „Je logické, že tieto rané galaxie nemali ťažké prvky, ako sú kovy, pretože patrili medzi prvé továrne na výrobu týchto ťažkých prvkov. Samozrejme, museli by byť mladé a museli by tvoriť hviezdy, aby boli prvými galaxiami, ale tieto vlastnosti sú dôležitým základným testom našich modelov a pomáhajú pri potvrdení úplného modelu galaxií. veľký výbuch teória.“
V kombinácii s gravitačnými šošovkami by výkonné infračervené prístroje vesmírneho teleskopu Jamesa Webba mali byť schopné odhaliť galaxie vo väčšej vzdialenosti, ak existujú, poznamenali výskumníci.
„Mali sme veľmi malé okno do tejto oblasti a nepozorovali sme nič mimo týchto dvoch galaxií, aj keď vesmírny teleskop Jamesa Webba túto schopnosť má,“ povedala Leja. „Môže to znamenať, že galaxie sa dovtedy nevytvorili a že by sme nič nenašli ďalej. Alebo to môže znamenať, že sme jednoducho nemali to šťastie kvôli nášmu malému oknu.“
Táto práca bola výsledkom úspešného návrhu predloženého NASA, ktorý navrhoval, ako by sa dal použiť vesmírny teleskop Jamesa Webba počas prvého roku jeho vedeckých operácií. V prvých troch kolách predkladania návrhov dostala NASA štyri až desaťkrát viac návrhov, než by umožnil čas pozorovania dostupný na teleskope, a musela vybrať len časť týchto návrhov.
„Náš tím bol veľmi nadšený a trochu prekvapený, keď bol náš návrh prijatý,“ povedala Leija. „Zahŕňalo to koordináciu, rýchlu ľudskú akciu a namierenie ďalekohľadu na ten istý objekt dvakrát, čo je veľa, čo sa od ďalekohľadu v prvom roku jeho výroby vyžaduje. Bol tu veľký tlak, pretože sme mali len niekoľko mesiacov na to, aby sme sa rozhodli, čo Ale bol vytvorený Vesmírny teleskop Jamesa Webba pracuje na nájdení týchto prvých galaxií a teraz je to veľmi vzrušujúce.
Referencia: „Detekcia: Vrhanie svetla na raný vesmír – JWST/NIRSpec Potvrdenie galaxie z>12“ od Benjie Wanga, 冰洁王, Seijiho Fujimota, Iva Lappého, Lukasa J. Furták, Tim B. Miller, David J. Seaton, Adi Zittrain, Hakim Atiq, Rachel Besançon, Gabriel Brammer, Joel Leja, Pascal A. Osch, Sedona H. Price, Irina Chemerinska, Sam E. Cutler, Pratika Dayal, Peter van Dokkum, Andy de Golding, Jenny E. Zelená, Y. . Vodamoto, Gaurav Khullar, Vasiliy Kokorev, Danilo Marchesini, Richard Pan, John R. Weaver, Katherine E. Whittaker a Christina C. Williams, 13. novembra 2023, Astrophysical Journal Letters.
doi: 10.3847/2041-8213/acfe07
V tíme sú okrem Penn State aj výskumníci z Texaskej univerzity v Austine, Swinburne University of Technology v Austrálii, Ben Gurion University v Negeve v Izraeli a Ben Gurion University of the Negev v Izraeli. Univerzita YaleUniversity of Pittsburgh, University of Sorbonne vo Francúzsku, University of Copenhagen v Dánsku, University of Geneva vo Švajčiarsku, University of Massachusetts, University of Groningen v Holandsku, Princetonská univerzitaUniverzita Waseda v Japonsku, Tuftsova univerzita a Národné laboratórium pre výskum optickej a infračervenej astronómie (NOIR).
Túto prácu podporili NASA, americko-izraelská Bi-Science Foundation, americká národná vedecká nadácia, izraelské ministerstvo vedy a technológie, francúzske národné centrum pre vesmírne štúdie, francúzsky národný inštitút geovied a astronómie a výskum centrum. Nadácia pre pokrok vedy, Holandská rada pre výskum, Európska komisia a Univerzita v Groningene pri spoločnom financovaní programu Rosalind Franklin, Národného astronomického observatória Japonska a laboratória NOIR.
