Webb odkrywa giganta wczesnego wszechświata

Szczegółowe zdjęcia jednej z pierwszych galaktyk pokazują, że wzrost we wczesnym Wszechświecie był znacznie szybszy, niż początkowo sądzono.

Astronomowie przeżywają obecnie owocny okres odkryć, badając wiele tajemnic wczesnego Wszechświata.

Pomyślny wystrzelenie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), następcy należącego do NASA Kosmicznego Teleskopu Hubble'a, przesunęło granice tego, co możemy zobaczyć.

Obserwacje obejmują obecnie pierwsze 500 milionów lat po Wielkim Wybuchu, kiedy Wszechświat miał niecałe pięć procent swojego obecnego wieku. Dla ludzi ten czas zdecydowanie wprowadzi wszechświat w fazę malucha.

Jednak galaktyki, które obserwujemy, z pewnością nie są infantylne, ponieważ nowe obserwacje ujawniają galaktyki, które są masywniejsze i bardziej dojrzałe, niż wcześniej oczekiwano, co pomogło napisać na nowo nasze rozumienie powstawania i ewolucji galaktyk.

Nasz międzynarodowy zespół badawczy dokonał niedawno bezprecedensowych szczegółowych obserwacji jednej z najstarszych znanych galaktyk – nazwanej Gz9p3, obecnie opublikowanej w czasopiśmie Astronomia przyrodnicza.

Jego nazwa pochodzi od Współpraca szklana (nazwa naszego międzynarodowego zespołu badawczego) oraz fakt, że galaktyka ma przesunięcie ku czerwieni wynoszące z=9,3, gdzie przesunięcie ku czerwieni jest jednym ze sposobów opisania odległości do obiektu – stąd G i z9p3.

Gz9p3, najjaśniejsza połączona galaktyka znana w ciągu pierwszych 500 milionów lat istnienia Wszechświata (obserwowana przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba). Po lewej: Obrazowanie na żywo pokazuje podwójne jądro w obszarze centralnym. Po prawej: Przekrój światła ukazuje wydłużoną, zbitą strukturę powstałą w wyniku łączenia się galaktyk. Źródło: NASA

Zaledwie dwa lata temu Gz9p3 pojawił się jako pojedynczy punkt świetlny Kosmiczny teleskop Hubble. Ale używając Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba Możemy obserwować ten obiekt takim, jakim był 510 milionów lat później wielka eksplozjaokoło 13 miliardów lat temu.

Odkryliśmy, że Gz9p3 był masywniejszy i bardziej dojrzały, niż oczekiwano dla tak młodego wszechświata i rzeczywiście zawierał kilka miliardów gwiazd.

Jak dotąd był to najbardziej masywny obiekt potwierdzony od tego czasu i obliczono, że jest dziesięć razy większy niż jakakolwiek inna galaktyka odkryta we wczesnym wszechświecie.

Łącznie wyniki te sugerują, że aby galaktyka osiągnęła ten rozmiar, gwiazdy musiały ewoluować szybciej i wydajniej, niż początkowo sądzono.

Połączenie najodleglejszych galaktyk we wczesnym wszechświecie

Gz9p3 jest nie tylko masywna, ale jej złożony kształt natychmiast identyfikuje ją jako jedno z najstarszych połączeń galaktyk, jakie kiedykolwiek widziano.

Obrazowanie galaktyki JWST pokazuje morfologię typowo związaną z dwiema oddziałującymi galaktykami. Fuzja nie jest jeszcze zakończona, bo nadal widzimy dwa elementy.

Kiedy dwa masywne obiekty spotykają się w ten sposób, pozbywają się przy tym części materii. Zatem ten odrzucony materiał sugeruje, że to, co zaobserwowaliśmy, jest jedną z najbardziej odległych fuzji w historii.

Teleskop Jamesa Webba – największy i najpotężniejszy instrument tego rodzaju, jaki kiedykolwiek wystrzelono w przestrzeń kosmiczną – wykorzystuje 6,5-metrowe zwierciadło główne składające się z 18 sześciokątnych zwierciadeł pokrytych warstwą złota, aby uzyskać jedne z najstarszych obrazów Wszechświata. Źródło zdjęcia: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Następnie nasze badania sięgnęły głębiej, aby scharakteryzować gromady gwiazd tworzące łączące się galaktyki. Korzystając z JWST, mogliśmy to sprawdzić Widmo galaktykirozdziela światło w taki sam sposób, w jaki pryzmat dzieli światło białe na tęczę.

Używając samego obrazowania, większość badań tych bardzo odległych obiektów pokazuje tylko bardzo młode gwiazdy, ponieważ młodsze gwiazdy są jaśniejsze i dlatego ich światło dominuje w danych obrazowych.

Na przykład jasna młoda populacja utworzona w wyniku połączenia galaktyk, mająca mniej niż kilka milionów lat, przewyższa starszą populację, która ma już ponad 100 milionów lat.

za pomocą Technika analizy spektralnej Możemy dokonać tak szczegółowych obserwacji, że można rozróżnić obie grupy.

Nowe modele wczesnego wszechświata

Nie można było spodziewać się tak dużej starszej populacji, biorąc pod uwagę to, jak wcześnie powstały gwiazdy, aby być na tyle starym, że w tym kosmicznym czasie. Spektroskopia jest tak szczegółowa, że ​​możemy dostrzec subtelne cechy starożytnych gwiazd, które mówią nam, że jest ich więcej, niż myślisz.

Specyficzne pierwiastki wykryte w widmie (w tym krzem, węgiel i żelazo) ujawniają, że ta starsza populacja musi być obecna, aby wzbogacić galaktykę w obfitość substancji chemicznych.

Zaskakujący jest nie tylko rozmiar galaktyk, ale także prędkość, z jaką osiągnęły ten dojrzały chemicznie stan.

Obserwacje te dostarczają dowodów na szybką i wydajną akrecję gwiazd i metali bezpośrednio po Wielkim Wybuchu, związaną z trwającymi łączeniami galaktyk, pokazując, że masywne galaktyki zawierające wiele miliardów gwiazd istniały wcześniej, niż oczekiwano.

Obserwacje dostarczają dowodów na szybką i wydajną akrecję gwiazd i metali bezpośrednio po Wielkim Wybuchu. Zdjęcia: NASA, ESA, Jennifer Lutz (STScI), Matt Mountain (STScI), Anton M. Koikimore (STScI), Zespół HFF (STScI)

Odizolowane galaktyki budują swoje populacje gwiazd Na miejscu Jednak przy ograniczonej podaży gazu może to być powolny sposób wzrostu galaktyk.

Interakcje między galaktykami mogą przyciągać nowe strumienie czystego gazu, dostarczając paliwa potrzebnego do szybkiego powstawania gwiazd, a fuzje zapewniają szybszy kanał akrecji i wzrostu masy.

Największe galaktyki we współczesnym wszechświecie mają historię łączenia się, łącznie z naszą droga Mleczna Rozrosła się do obecnych rozmiarów w wyniku kolejnych fuzji z mniejszymi galaktykami.

Te obserwacje Gz9p3 pokazują, że galaktyki były w stanie szybko gromadzić masę we wczesnym Wszechświecie poprzez łączenie się, przy czym wydajność powstawania gwiazd była wyższa, niż oczekiwaliśmy.

Te i inne obserwacje wykonane za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba skłaniają astrofizyków do rewizji swoich modeli wczesnych lat Wszechświata.

Nasza kosmologia niekoniecznie jest błędna, ale nasze zrozumienie tego, jak szybko tworzą się galaktyki, może być błędne, ponieważ są one znacznie większe, niż sądziliśmy, że to możliwe.

Te nowe odkrycia pojawiają się w dobrym momencie, gdy zbliżamy się do dwuletniego okresu obserwacji naukowych przeprowadzonych za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba.

Wraz ze wzrostem całkowitej liczby obserwowanych galaktyk astronomowie badający wczesny Wszechświat przechodzą od fazy odkryć do okresu, w którym mamy próbki wystarczająco duże, aby rozpocząć budowanie i udoskonalanie nowych modeli.

Nigdy nie było bardziej ekscytującego czasu na zrozumienie tajemnic wczesnego wszechświata.

Odniesienie: „Masywna galaktyka oddziałująca 510 milionów lat po Wielkim Wybuchu” autorstwa Kristana Boyetta, Michele Trinti, Nishy Lithokawalit, Antonello Calabro, Benjamina Methy, Guido Robertsa Borsaniego, Niccolò Dalmaso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Trio, Tucker Jones. Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themia Nanayakkara, Namrata Roy, Chen Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Marusha Bradac, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glezbrook, Laura Pinterici. , Eros Vanzella i Benedetta Vulcani, 7 marca 2024 r., Astronomia przyrodnicza.
doi: 10.1038/s41550-024-02218-7

Badanie prowadziła dr Kate Boyett wraz z zespołem, w skład którego wchodzili profesorowie Michael Trinity i Benjamin Mitha Niccolò Dalmaso Również z Uniwersytetu w Melbourne i Centrum Doskonałości ARC w zakresie astrofizyki całego nieba w 3 wymiarach (ASTRO 3D). Tworzy się międzynarodowy zespół badawczy 27 autorów z 19 instytucji z Australii, Tajlandii, Włoch, USA, Japonii, Danii i Chin.