A Webb Űrteleszkóp olyan galaxisokat talál, amelyek dacolnak a csillagászati ​​elméletekkel

A Pandora-halmazban végzett későbbi megfigyelések megerősítették a valaha volt második és negyedik legtávolabbi galaxis létezését, amelyek nagyobbak, mint az ilyen extrém távolságokban található többi galaxis.

A valaha felfedezett második és negyedik legtávolabbi galaxist az űr Pandora-halmazként vagy Abell 2744 néven ismert régiójában fedezték fel, a… NASA‘s James Webb űrteleszkóp (JWST). A régióról készült mélymezős képen (lásd az alábbi képet) a Penn State kutatói által vezetett nemzetközi csapat megerősítette ezen ősi galaxisok távolságát, és új spektroszkópiai adatok – az elektromágneses spektrumon keresztül kibocsátott fényre vonatkozó információk – alapján következtetett a tulajdonságaikra. a JWST-től. Körülbelül 33 milliárd fényévnyire találhatók ezek a hihetetlenül távoli galaxisok, amelyek betekintést nyújtanak az első galaxisok kialakulásába.

Egyedi megjelenés és jelentősége

A kutatók szerint az ilyen távolságban lévő többi megerősített galaxistól eltérően, amelyek a képeken piros pontokként jelennek meg, az új galaxisok nagyobbak, és úgy néznek ki, mint egy földimogyoró és egy pihe-puha golyó. A galaxisokat leíró cikk ma (november 13-án) jelenik meg a folyóiratban Astrophysical Journal Letters.

A csillagászok becslése szerint 50 000 közeli infravörös fényforrás látható a NASA James Webb Űrteleszkópjának mélymezős képén a Pandora-halmazról. Fénye különböző távolságokat tett meg, hogy elérje a teleszkóp detektorait, egyetlen képen ábrázolva a hatalmas űrt. Köszönetnyilvánítás: Tudomány: NASA, ESA, CSA, Ivo Lappé (Swinburne), Rachel Bezanson (University of Pittsburgh), Képfeldolgozás: Alyssa Pagan (STScI)

„Nagyon keveset tudunk a korai univerzumról, és csak ezeken a nagyon távoli galaxisokon keresztül lehet megismerni azt az időt, és tesztelni a galaxisok kialakulására és korai növekedésére vonatkozó elméleteinket” – mondta az első szerző, Bingyi Wang, a University of the University of the University posztdoktori kutatója. Pennsylvania. Az Eberly State College of Science tagja és tagja JWST UNCOVER Team (Ultradeep NIRSpec és NIRCam megfigyelések a reionizációs korszak előtt) aki a kutatást végezte. „Elemzésünk előtt mindössze három megerősített galaxisról tudtunk ezen a rendkívüli távolságon. Ezen új galaxisok és tulajdonságaik tanulmányozása feltárta a korai univerzum galaxisainak sokféleségét, és azt, hogy mennyi mindent lehet tanulni belőlük.

Betekintés a korai univerzumba

Mivel ezekből a galaxisokból származó fénynek hosszú ideig kellett utaznia ahhoz, hogy elérje a Földet, ablakot biztosít a múltba. A kutatócsoport becslése szerint a James Webb Űrteleszkóp által felfedezett fényt a két galaxis bocsátotta ki, amikor az univerzum körülbelül 330 millió éves volt, és körülbelül 13,4 milliárd fényévet utazott, hogy elérje a James Webb űrtávcsövet. A kutatók azonban azt mondták, hogy a galaxisok jelenleg 33 milliárd fényévnyire vannak a Földtől, mivel az univerzum ebben az időszakban tágult.

„Az ezekből a galaxisokból származó fény ősi, körülbelül háromszor idősebb a Földnél” – mondta Joel Lyja, a Penn State csillagász- és asztrofizikai adjunktusa és az UNCOVER tagja. „Ezek a korai galaxisok olyanok, mint a világítótornyok, a fény áttör a nagyon vékony hidrogéngázon, amely a korai univerzumot alkotta. Csak a fényükön keresztül tudjuk megérteni azt a furcsa fizikát, amely a kozmikus hajnal közelében uralkodott a galaxisban.”

A James Webb űrteleszkóp segítségével a tudósok két távoli galaxist fedeztek fel a Pandora-halmazban, amelyek új betekintést nyújtanak a korai univerzumba. Ezek a méretükben és megjelenésükben egyedülálló galaxisok megkérdőjelezik a korai univerzum galaxisképződésének megértését. Köszönetnyilvánítás: NASA

Érdemes megjegyezni, hogy a két galaxis sokkal nagyobb, mint az ilyen nagy távolságokban korábban létező három galaxis. Az egyik legalább hatszor nagyobb, és körülbelül 2000 fényév átmérőjű. Összehasonlításképp, Tejút A galaxis körülbelül 100 000 fényév átmérőjű, de Wang úgy véli, hogy a korai univerzum nagyon kompakt volt, ezért meglepő, hogy a galaxis ekkora lehet.

„A korábban ilyen távolságokban felfedezett galaxisok pontforrások. Képeinken pontként jelennek meg” – mondta Wang. „De az egyikünk megnyúltnak tűnik, majdnem olyan, mint egy földimogyoró, a másik pedig egy vékony golyónak. Nem világos, hogy a méretkülönbség a csillagok keletkezésének mikéntjéből adódik-e, vagy mi történt velük a kialakulásuk után, de az a sokféleség A galaxisok tulajdonságai nagyon érdekesek.Ezek a korai galaxisok várhatóan hasonló anyagokból alakultak ki, de már most mutatják a jeleket, hogy nagyon különböznek egymástól.

Kutatásmódszertan

A két galaxis a Pandora-halmaz 60 000 fényforrása között volt, amelyeket a James Webb Űrteleszkóp egyik első mélymezős felvételén fedeztek fel 2022-ben, a tudományos műveletek első évében. Ezt a térrégiót részben azért választották, mert számos galaxishalmaz mögött fekszik, amelyek természetes nagyítási hatást hoznak létre, amelyet gravitációs lencséknek neveznek. A klaszterek együttes tömegének gravitációs ereje torzítja a körülöttük lévő teret, fókuszálva és felerősítve a közelükben elhaladó fényt, és felnagyított rálátást biztosítva a klaszterek mögé.

Hónapokon belül az UNCOVER csapata a 60 000 fényforrást 700 jelöltre szűkítette a nyomon követési vizsgálatra, amelyek közül nyolc az első galaxisok közé tartozhat. Ezután a James Webb űrteleszkóp ismét a Pandora-halmazra mutatott, rögzítve a jelöltek spektrumát, egyfajta ujjlenyomatot, amely részletezi az egyes hullámhosszokon kibocsátott fény mennyiségét.

„Több különböző csapat különböző módszerekkel keresi ezeket az ősi galaxisokat, mindegyiknek megvannak a maga erősségei és gyengeségei” – mondta Leija. „Az a tény, hogy ezt az óriási nagyítót az űrbe mutatjuk, hihetetlenül mély ablakot ad nekünk, de ez egy nagyon kicsi ablak, ezért dobtunk a kockával. Sok jelölt nem volt meggyőző, és legalább az egyikük eset volt. Valami sokkal közelebbi volt.” „Egy távoli galaxist szimulál. De szerencsénk volt, és kettőről kiderült, hogy ezek az ősi galaxisok. Ez hihetetlen.”

Tulajdonságok és hatások

A kutatók részletes modelleket is felhasználtak e korai galaxisok tulajdonságaira következtetni, amikor a James Webb Űrteleszkóp által észlelt fényt bocsátottak ki. Ahogy a kutatók várták, a két galaxis fiatal volt, összetételében kevés fém volt, gyorsan növekedtek, és aktívan alkottak csillagokat.

„Az első elemek a korai csillagok magjában jöttek létre a fúziós folyamat során” – mondta Lyga. „Magától értetődő, hogy ezekben a korai galaxisokban nem voltak nehéz elemek, például fémek, mert ők voltak az első gyárak között, amelyek megépítették ezeket a nehéz elemeket. Természetesen fiataloknak kell lenniük, és csillagokat kell alkotniuk ahhoz, hogy az első galaxisok legyenek, de ez megerősíti ezek a tulajdonságok modelljeink fontos alapvető tesztjei, és segítenek a galaxisok teljes modelljének megerősítésében. a nagy robbanás elmélet.”

A gravitációs lencsékkel kombinálva a James Webb Űrteleszkóp erőteljes infravörös műszereinek képesnek kell lenniük a távolabbi galaxisok észlelésére, ha vannak ilyenek – jegyezték meg a kutatók.

„Nagyon kicsi ablakunk volt ebbe a régióba, és ezen a két galaxison kívül semmit nem figyeltünk meg, pedig a James Webb Űrteleszkóp rendelkezik erre a képességgel” – mondta Leja. „Ez azt jelentheti, hogy korábban nem alakultak ki galaxisok, és távolabb nem fogunk találni semmit. Vagy azt, hogy a kis ablakunk miatt nem voltunk elég szerencsések.”

Ez a munka a NASA-hoz benyújtott sikeres javaslat eredménye, amely azt javasolta, hogyan lehetne a James Webb Űrteleszkópot felhasználni tudományos működésének első évében. A benyújtások első három fordulójában a NASA négyszer-tízszer több javaslatot kapott, mint amennyit a távcsőn rendelkezésre álló megfigyelési idő lehetővé tenne, és ezeknek a javaslatoknak csak egy részét kellett kiválasztania.

„Csapatunk nagyon izgatott volt és egy kicsit meglepődött, amikor elfogadták a javaslatunkat” – mondta Leija. „Ez koordinációt, gyors emberi cselekvést és a távcső kétszeri ugyanarra az objektumra irányítását foglalta magában, ami egy teleszkóptól már az első évben sokat kérni. Nagy volt a nyomás, mert csak néhány hónapunk volt eldönteni, hogy milyen dolgok De létrejött. A James Webb Űrteleszkóp ezen első galaxisok megtalálásán dolgozik, és ez most nagyon izgalmas.

Hivatkozás: „Detection: Shedding Light on the Early Universe – JWST/NIRSpec Confirmation of z>12 Galaxy”, Benjie Wang, 冰洁王, Seiji Fujimoto, Ivo Lappé, Lukas J. Furtak, 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. Zöld, Y. . Vodamoto, Gaurav Khullar, Vaszilij Kokorev, Danilo Marchesini, Richard Pan, John R. Weaver, Katherine E. Whittaker és Christina C. Williams, 2023. november 13., Astrophysical Journal Letters.
doi: 10.3847/2041-8213/acfe07

A csapatban Penn State mellett az austini Texasi Egyetem, az ausztrál Swinburne Műszaki Egyetem, az izraeli Ben Gurion Negev Egyetem és az izraeli Ben Gurion Egyetem kutatói is helyet kaptak. Yale EgyetemPittsburghi Egyetem, Sorbonne Egyetem Franciaországban, Koppenhágai Egyetem Dániában, Genfi Egyetem Svájcban, Massachusetts Egyetem, Groningeni Egyetem Hollandiában, Princeton egyetemA japán Waseda Egyetem, a Tufts Egyetem és a National Laboratory for Optical and Infrared Astronomy (NOIR) kutatóintézet.

Ezt a munkát a NASA, a US-Israel Bi-Science Foundation, az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapítványa, az izraeli Tudományos és Technológiai Minisztérium, a Francia Nemzeti Űrkutatási Központ, a Francia Nemzeti Földtudományi és Csillagászati ​​Intézet és a Kutatóintézet támogatta. Központ. A Tudomány Fejlesztéséért Alapítvány, a Holland Kutatási Tanács, az Európai Bizottság és a Groningeni Egyetem a Rosalind Franklin Program, a Japán Nemzeti Csillagászati ​​Obszervatórium és a NOIR Laboratórium közös finanszírozásában.