Webb Uzay Teleskobu astronomik teorilere meydan okuyan galaksiler buluyor

Pandora kümesindeki daha sonraki gözlemler, bu kadar uç mesafelerde bulunan diğer gökadalardan daha büyük olan, şimdiye kadarki en uzak ikinci ve dördüncü gökadaların varlığını doğruladı.

Şimdiye kadar keşfedilen ikinci ve dördüncü en uzak galaksiler, uzayın Pandora kümesi veya Abell 2744 olarak bilinen bir bölgesinde keşfedildi. NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu (JWST). Bölgenin takip eden derin alan görüntüsünde (aşağıdaki resme bakın), Penn State araştırmacıları liderliğindeki uluslararası bir ekip, bu eski gökadaların mesafesini doğruladı ve yeni spektroskopik verileri (elektromanyetik spektrum boyunca yayılan ışık hakkında bilgi) kullanarak onların özelliklerini çıkardı. JWST’den. Yaklaşık 33 milyar ışıkyılı uzaklıktaki bu inanılmaz derecede uzak galaksiler, ilk galaksilerin nasıl oluştuğuna dair fikir veriyor.

Benzersiz görünüm ve önem

Araştırmacılara göre, bu mesafede bulunan ve görüntülerde kırmızı noktalar olarak görünen diğer onaylanmış galaksilerin aksine, yeni galaksiler daha büyük ve fıstık ve yumuşak bir top gibi görünüyor. Galaksileri anlatan bir makale bugün (13 Kasım) dergide yayınlandı Astrofizik Günlük Mektupları.

Gökbilimciler, Pandora kümesinin NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’ndan alınan bu derin alan görüntüsünde temsil edilen 50.000 yakın kızılötesi ışık kaynağının bulunduğunu tahmin ediyor. Işığı teleskobun dedektörlerine ulaşmak için farklı mesafeler kat ederek uzayın enginliğini tek bir görüntüde temsil ediyordu. Katkıda bulunanlar: Bilim: NASA, ESA, CSA, Ivo Lappé (Swinburne), Rachel Bezanson (Pittsburgh Üniversitesi), Görüntü işleme: Alyssa Pagan (STScI)

University of University’de doktora sonrası araştırmacı olan başyazar Bingyi Wang, “Evrenin erken dönemleri hakkında çok az şey biliniyor ve o zaman hakkında bilgi edinmenin ve galaksi oluşumu ve erken büyüme hakkındaki teorilerimizi test etmenin tek yolu bu çok uzak galaksilerden geçiyor” dedi. Pensilvanya. Eberly Eyalet Bilim Koleji ve üyesi JWST UNCOVER Ekibi (Yeniden iyonlaşma döneminden önce Ultradeep NIRSpec ve NIRCam gözlemleri) araştırmayı kim yürüttü. “Analizimizden önce, bu aşırı mesafede yalnızca üç doğrulanmış gökada olduğunu biliyorduk. Bu yeni gökadaları ve özelliklerini incelemek, erken evrendeki gökadaların çeşitliliğini ve onlardan ne kadar çok şeyin öğrenilebileceğini ortaya çıkardı.

Erken evrene dair bilgiler

Bu galaksilerden gelen ışığın Dünya’ya ulaşmak için uzun bir yol kat etmesi gerektiğinden, geçmişe açılan bir pencere sağlıyor. Araştırma ekibi, James Webb Uzay Teleskobu tarafından keşfedilen ışığın, evren yaklaşık 330 milyon yaşındayken iki galaksiden yayıldığını ve James Webb Uzay Teleskobu’na ulaşmak için yaklaşık 13,4 milyar ışıkyılı yol kat ettiğini tahmin ediyor. Ancak araştırmacılar, bu dönemde evrenin genişlemesi nedeniyle galaksilerin şu anda Dünya’dan 33 milyar ışıkyılı uzaklıkta olduğunu söyledi.

Penn State’de astronomi ve astrofizik alanında yardımcı doçent ve UNCOVER üyesi Joel Lyja, “Bu galaksilerden gelen ışık çok eski, Dünya’dan yaklaşık üç kat daha yaşlı” dedi. “Bu ilk galaksiler deniz fenerleri gibidir; ışık, erken evreni oluşturan çok ince hidrojen gazının içinden fışkırır. Kozmik şafak vaktinde galaksiyi yöneten tuhaf fiziği ancak onların ışığı sayesinde anlamaya başlayabiliriz.”

Bilim insanları James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanarak Pandora kümesinde iki uzak gökada keşfettiler ve bu da erken evrene dair yeni bilgiler sağladı. Boyut ve görünüş bakımından benzersiz olan bu galaksiler, evrenin erken dönemlerindeki galaksi oluşumuna dair anlayışımıza meydan okuyor. Kredi bilgileri: NASA

Bu iki gökadanın, bu uzak mesafelerdeki daha önce var olan üç gökadadan çok daha büyük olduğunu belirtmekte fayda var. Bunlardan biri en az altı kat daha büyük ve yaklaşık 2000 ışıkyılı çapında. Karşılaştırma için, Samanyolu Galaksinin çapı yaklaşık 100.000 ışıkyılıdır, ancak Wang erken evrenin çok kompakt olduğuna inanıyor, dolayısıyla galaksinin bu kadar büyük olabilmesi şaşırtıcı.

Wang, “Daha önce bu mesafelerde keşfedilen galaksiler nokta kaynaklardır. Görüntülerimizde bir nokta olarak görünürler” dedi. “Fakat bizimkilerden biri uzamış, neredeyse fıstık gibi, diğeri ise ince bir top gibi görünüyor. Boyut farkının yıldızların nasıl oluştuğundan mı yoksa oluştuktan sonra onlara ne olduğundan mı kaynaklandığı belli değil, ancak yıldızların içindeki çeşitlilik Galaksilerin özellikleri gerçekten ilgi çekicidir.Bu ilk galaksilerin benzer materyallerden oluşması bekleniyor, ancak şimdiden birbirlerinden çok farklı olduklarının işaretlerini gösteriyorlar.

Araştırma Metodolojisi

İki galaksi, bilim operasyonlarının ilk yılı olan 2022’de James Webb Uzay Teleskobu tarafından çekilen ilk derin alan görüntülerinden birinde keşfedilen Pandora kümesindeki 60.000 ışık kaynağı arasında yer alıyordu. Uzayın bu bölgesi kısmen, yerçekimsel merceklenme adı verilen doğal bir büyütme etkisi yaratan birçok gökada kümesinin arkasında yer aldığı için seçilmiştir. Kümelerin birleşik kütlesinin çekim kuvveti etraflarındaki uzayı bozar, yanlarından geçen her türlü ışığı odaklayıp güçlendirir ve kümelerin arkasının büyütülmüş bir görüntüsünü sağlar.

UNCOVER ekibi aylar içinde takip çalışması için 60.000 ışık kaynağını 700 adaya indirdi; bunlardan sekizinin ilk galaksiler arasında olabileceğine inandılar. Daha sonra James Webb Uzay Teleskobu tekrar Pandora kümesine işaret ederek adayların spektrumlarını kaydetti; bu, her dalga boyunda yayılan ışık miktarının ayrıntılarını veren bir tür parmak iziydi.

Leija, “Birkaç farklı ekip, bu antik galaksileri aramak için farklı yöntemler kullanıyor ve her birinin kendi güçlü ve zayıf yönleri var.” dedi. “Bu dev büyüteci uzaya doğrultmamız bize inanılmaz derecede derin bir pencere sağlıyor, ancak bu çok küçük bir pencere olduğundan zar atıyorduk. Adayların çoğu sonuçsuz kaldı ve en az bir tanesi dava konusu oldu. Çok daha yakın bir şeydi.” “Uzak bir galaksiyi simüle ediyor. Ama biz şanslıydık ve bunlardan ikisinin bu eski galaksiler olduğu ortaya çıktı. Bu inanılmaz.”

Özellikler ve etkiler

Araştırmacılar ayrıca James Webb Uzay Teleskobu tarafından tespit edilen ışığı yaydıklarında bu erken gökadaların özelliklerini anlamak için ayrıntılı modeller kullandılar. Araştırmacıların beklediği gibi, iki gökada gençti, bileşimlerinde çok az metal vardı, hızla büyüyorlardı ve aktif olarak yıldız oluşturuyorlardı.

Lyga, “İlk elementler erken yıldızların çekirdeklerinde füzyon süreciyle oluştu” dedi. “Bu ilk galaksilerin metal gibi ağır elementlere sahip olmaması mantıklı çünkü onlar bu ağır elementleri üreten ilk fabrikalar arasındaydı. Elbette ilk galaksiler olmaları için genç olmaları ve yıldız oluşturmaları gerekirdi, ancak bunların doğrulandığını doğruluyorlar.” bu özellikler modellerimiz için önemli bir temel testtir ve galaksilerin modelinin tamamının doğrulanmasına yardımcı olur. büyük patlama teorisi.”

Araştırmacılar, kütleçekimsel merceklemeyle birlikte James Webb Uzay Teleskobu’nun güçlü kızılötesi cihazlarının, eğer varsa, daha uzak mesafedeki galaksileri tespit edebilmesi gerektiğini belirtti.

Leja, “Bu bölgeye çok küçük bir penceremiz vardı ve James Webb Uzay Teleskobu’nun bu yeteneğe sahip olmasına rağmen bu iki galaksinin dışında hiçbir şey gözlemlemedik” dedi. “Bu, galaksilerin o zamandan önce oluşmadığı ve daha uzakta bir şey bulamayacağımız anlamına gelebilir. Veya küçük penceremiz nedeniyle yeterince şanslı olmadığımız anlamına da gelebilir.”

Bu çalışma, James Webb Uzay Teleskobu’nun bilim operasyonlarının ilk yılında nasıl kullanılabileceğini öneren, NASA’ya sunulan başarılı bir teklifin sonucuydu. Başvuruların ilk üç turunda NASA, teleskoptaki gözlem süresinin izin verdiğinden dört ila on kat daha fazla teklif aldı ve bu tekliflerin yalnızca bir kısmını seçmek zorunda kaldı.

Leija, “Teklifimiz kabul edildiğinde ekibimiz çok heyecanlandı ve biraz da şaşırdı” dedi. “Koordinasyonu, hızlı insan eylemini ve teleskobu aynı nesneye iki kez yöneltmeyi gerektiriyordu ki bu da ilk yılında bir teleskoptan beklenecek çok şeydi. Çok fazla baskı vardı çünkü ne yapacağına karar vermek için yalnızca birkaç ayımız vardı. Ama yaratıldı James Webb Uzay Teleskobu bu ilk galaksileri bulmak için çalışıyor ve bunu şimdi yapmak çok heyecan verici.

Referans: 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. Yeşil, Y. Vodamoto, Gaurav Khullar, Vasiliy Kokorev, Danilo Marchesini, Richard Pan, John R. Weaver, Katherine E. Whittaker ve Christina C. Williams, 13 Kasım 2023, Astrofizik Günlük Mektupları.
doi: 10.3847/2041-8213/acfe07

Ekipte Penn State’in yanı sıra Austin’deki Texas Üniversitesi’nden, Avustralya’daki Swinburne Teknoloji Üniversitesi’nden, İsrail’deki Negev Ben Gurion Üniversitesi’nden ve İsrail’deki Negev Ben Gurion Üniversitesi’nden araştırmacılar da yer alıyor. Yale ÜniversitesiPittsburgh Üniversitesi, Fransa’daki Sorbonne Üniversitesi, Danimarka’daki Kopenhag Üniversitesi, İsviçre’deki Cenevre Üniversitesi, Massachusetts Üniversitesi, Hollanda’daki Groningen Üniversitesi, Princeton ÜniversitesiJaponya’daki Waseda Üniversitesi, Tufts Üniversitesi ve Ulusal Optik ve Kızılötesi Astronomi (NOIR) Araştırma Laboratuvarı.

Bu çalışma NASA, ABD-İsrail Bi-Bilim Vakfı, ABD Ulusal Bilim Vakfı, İsrail Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, Fransız Ulusal Uzay Araştırmaları Merkezi, Fransız Ulusal Yer Bilimleri ve Astronomi Enstitüsü ve Araştırma tarafından desteklenmiştir. Merkez. Bilimi İlerletme Vakfı, Hollanda Araştırma Konseyi, Avrupa Komisyonu ve Groningen Üniversitesi, Rosalind Franklin Programı, Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi ve NOIR Laboratuvarı’nın ortak finansmanıyla.