Астрономы помогли найти самую далекую галактику с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба

Это инфракрасное изображение космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (также называемого Уэбб или JWST) было получено камерой NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона) для программы JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, или JADES. Данные NIRCam были использованы для определения того, какие галактики следует изучать дальше с помощью спектроскопических наблюдений. Одна из таких галактик, JADES-GS-z14-0 (показана на рисунке), имела красное смещение 14,32 (+0,08/-0,20), что делает ее нынешним рекордсменом среди самой далекой из известных галактик. Это соответствует времени менее 300 миллионов лет после Большого взрыва. Автор: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA)

Международная группа астрономов объявила сегодня об открытии двух самых ранних и самых далеких галактик, когда-либо наблюдавшихся, возникших всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Эти результаты, полученные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА (JWST), знаменуют собой важную веху в изучении ранней Вселенной.

Открытия были сделаны командой JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES). Дэниел Эйзенштейн из Центра астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институт (CfA) — один из руководителей группы JADES и главный исследователь программы наблюдений, которая обнаружила эти галактики. Бен Джонсон и Филип Каргайл, ученые-исследователи CfA, и Цзихао Ву, доктор философии Гарварда. студент CfA, также сыграл важную роль.

Из-за расширения Вселенной свет от далеких галактик по мере своего перемещения растягивается до более длинных волн. Этот эффект настолько силен для этих двух галактик, что их ультрафиолетовый свет смещается в инфракрасные длины волн, где его может увидеть только JWST. Поскольку свету требуется время, чтобы путешествовать, более далекие галактики также видны такими, какими они были раньше.

Две галактики-рекордсмена называются JADES-GS-z14-0 и JADES-GS-z14-1, причем первая из двух является более отдаленной. JADES-GS-z14-0 не только является новым рекордсменом по дальности, но и примечателен своим размером и яркостью.

«Размер галактики ясно доказывает, что большая часть света производится большим количеством молодых звезд», — сказал Эйзенштейн, профессор Гарварда и заведующий кафедрой астрономии, — «а не материал, падающий на сверхмассивную черную дыру в недрах галактики». центр, который будет казаться намного меньшим».

Сочетание чрезвычайной яркости и того факта, что молодые звезды способствуют такой высокой светимости, делает JADES-GS-z14-0 самым ярким свидетельством быстрого формирования больших массивных галактик в ранней Вселенной.

«JADES-GS-z14-0 теперь становится архетипом этого явления», — говорит доктор Стефано Карниани из Scuola Normale Superiore в Пизе, ведущий автор открытия. «Удивительно, что Вселенная смогла создать такую галактику всего за 300 миллионов лет».

Ученые использовали NIRSpec (ближний инфракрасный спектрограф) космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА, чтобы получить спектр далекой галактики JADES-GS-z14-0, чтобы точно измерить ее красное смещение и, следовательно, определить ее возраст. Красное смещение можно определить по местоположению критической длины волны, известной как разрыв Лаймана-альфа. Эта галактика возникла менее чем через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Автор: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI)

Доказательства удивительно энергичных ранних галактик появились даже на первых изображениях JWST, и их количество росло в первые два года миссии. Эта тенденция противоречит ожиданиям большинства астрономов до запуска JWST теорий формирования галактик.

JADES-GS-z14-0 был загадкой для команды JADES, когда они впервые заметили его более года назад, поскольку на небе он выглядит достаточно близко к галактике на переднем плане, поэтому команда не могла быть уверена, что эти две галактики не являются соседями. Но в октябре 2023 года команда JADES провела еще более глубокие снимки — пять полных дней с камерой ближнего инфракрасного диапазона JWST только на одном поле — и использовала фильтры, предназначенные для лучшего выделения самых ранних галактик.

«Мы просто не видели никакого правдоподобного способа объяснить, что эта галактика является просто соседом более близкой галактики», — говорит доктор Кевин Хейнлайн, профессор-исследователь из Университета Аризоны.

Галактика расположена в поле, где прибор среднего инфракрасного диапазона JWST проводил сверхглубокие наблюдения. Его яркость в промежуточных инфракрасных длинах волн является признаком излучения атомов водорода и даже кислорода в ранней Вселенной.

«Несмотря на то, что галактика так молода, она уже усердно работает над созданием элементов, знакомых нам на Земле», — сказал Цзихао Ву, соавтор второй статьи об этом открытии, возглавляемой Джейкобом Хелтоном, аспирантом Университета. из Аризоны.

Ободренная, команда затем получила спектр каждой галактики и подтвердила свои надежды на то, что JADES-GS-z14-0 действительно была галактикой-рекордсменом и что более слабый кандидат, JADES-GS-z14-1, находился почти так же далеко..

Третья статья под руководством Бранта Робертсона, профессора Калифорнийского университета в Санта-Крус, и Бена Джонсона изучает эволюцию этой ранней популяции галактик.

«Этот удивительный объект показывает, что формирование галактик в ранней Вселенной происходило очень быстро и интенсивно», — сказал Джонсон, — «и JWST позволит нам найти больше таких галактик, возможно, когда Вселенная была еще моложе. Это чудесная возможность для изучения». как зарождаются галактики».

Все три статьи в настоящее время доступны на сервере препринтов arXiv.

Больше информации: A shining cosmic dawn: spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at z∼14, arXiv:2405.18485 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18485
JWST/MIRI photometric detection at 7.7 μm of the stellar continuum and nebular emission in a galaxy at z>14, arXiv:2405.18462 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18462
Brant Robertson et al, Earliest Galaxies in the JADES Origins Field: Luminosity Function and Cosmic Star-Formation Rate Density 300 Myr after the Big Bang, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2312.10033 Больше информации: A shining cosmic dawn: spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at z∼14, arXiv:2405.18485 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18485
JWST/MIRI photometric detection at 7.7 μm of the stellar continuum and nebular emission in a galaxy at z>14, arXiv:2405.18462 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18462
Brant Robertson et al, Earliest Galaxies in the JADES Origins Field: Luminosity Function and Cosmic Star-Formation Rate Density 300 Myr after the Big Bang, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2312.10033 Больше информации: A shining cosmic dawn: spectroscopic confirmation of two luminous galaxies at z∼14, arXiv:2405.18485 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18485
JWST/MIRI photometric detection at 7.7 μm of the stellar continuum and nebular emission in a galaxy at z>14, arXiv:2405.18462 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18462
Brant Robertson et al, Earliest Galaxies in the JADES Origins Field: Luminosity Function and Cosmic Star-Formation Rate Density 300 Myr after the Big Bang, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2312.10033

Источник: Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics