Галактики в «космическом полдне»: исследование дает глубокое представление о бурном росте Вселенной

Наблюдаемые мегагалактики имеют множество вариаций цвета и морфологии, что дает представление о возрасте галактик, содержании пыли и звездообразовании. Автор: NASA/JWST/Backhaus

Новое исследование далеких галактик, проведенное Канзасским университетом с использованием космического телескопа Джеймса Уэбба, выявило невиданное ранее звездообразование и рост черных дыр в «космический полдень» — загадочную эпоху спустя 2–3 миллиарда лет после Большого взрыва, когда галактики, подобные Млечному Пути, пережили интенсивный скачок роста.

Результаты обзора галактики MIRI EGS и активного ядра галактики (MEGA) опубликованы на сервере препринтов arXiv и вскоре будут опубликованы в журнале The Astrophysical Journal.

По словам исследователей из KU, галактики так интенсивно производили новые звезды во время космического полдня, что все галактики сегодня обязаны половиной своей звездной массы звездам, созданным в эту эпоху. Команда KU стремится привлечь общественность к определению форм галактик и поиску слияний галактик. Любой член общественности может классифицировать галактики в проекте Cosmic Collisions Zooniverse.

«Целью этого проекта является проведение крупнейшего обзора JWST в среднем инфракрасном диапазоне в нескольких диапазонах частот», — заявила главный исследователь Эллисон Киркпатрик, доцент кафедры физики и астрономии в Университете Канзаса, которая руководила работой по исследованию.

«На сегодняшний день мы являемся ведущим исследователем в среднем инфракрасном диапазоне. В среднем инфракрасном диапазоне излучает пыль, поэтому мы изучаем скрытые пылью галактики. Пыль скрывает многое, и мы хотим заглянуть за пыль. Мы хотим понять, как эти галактики формируют звезды, сколько звезд они формируют и особенно как растут черные дыры в их центрах».

Используя значительно улучшенную мощность JWST в среднем инфракрасном спектре, команда под руководством KU всматривалась сквозь эту космическую пыль, чтобы наблюдать галактики, достаточно далекие, чтобы прибывающий свет покинул их звезды во время космического полдня, 10 миллиардов лет назад. Они стремились узнать больше о галактиках с активными галактическими ядрами (или сверхмассивными черными дырами, которые быстро растут в размерах) в богатом галактиками глубоком поле около созвездия Большой Медведицы, которое считается «чистым окном» для внегалактических наблюдений, называемым «Расширенная полоса Грота».

«Расширенная полоса Грота — это область неба, которая теперь стала одним из главных полей JWST», — сказал Киркпатрик. «Я был в предложении, которое получило самые первые данные с космического телескопа Джеймса Уэбба. Это исследование называется CEERS — Cosmic Evolution Early Release Science. Мы получили первые изображения с JWST, и это были изображения Расширенной полосы Грота. В пределах этой области мы можем видеть около 10 000 галактик, хотя эта область всего лишь примерно равна диаметру Луны».

Полная мозаика обзора MIRI EGS Galaxy и AGN (MEGA) с использованием всех четырех наблюдаемых фильтров MIRI: F770W, F1000W, F1500W и F2100W. Наблюдение среднего инфракрасного света галактик с более высоким разрешением принесет новое понимание того, как росла вселенная вокруг нас. Автор: NASA/JWST/Backhaus

Ведущий автор Брен Бакхаус, научный сотрудник по физике и астрономии в Канзасском университете, изучил впечатляющий объем новых данных JWST и работал с необработанными изображениями для создания пригодных для использования научных изображений и информации, полезной для астрономического сообщества.

«Теоретически галактика может появиться на одном изображении и не появиться на другом, потому что мы используем разные фильтры», — сказал Бакхаус. «Это как делать снимки, используя только красный, синий или зеленый свет, которые в конечном итоге создают очень красивые изображения. Но поскольку телескоп немного движется, изображения немного выходят за рамки друг друга. Первый шаг — просто получить изображения. Следующий шаг включает исправление известных проблем с телескопом. Например, есть известная царапина, которая появляется на каждом изображении, и есть битые пиксели. Первая задача — исправить или, по крайней мере, сказать программному обеспечению игнорировать эти пиксели».

Затем Бакхаус выровняла отдельные изображения, дав им ссылку на то, как они должны перекрываться. Ее последним шагом было правильное комбинирование изображений относительно друг друга.

«Я делал все это для создания наших готовых к науке изображений», — сказал Бакхаус. «Затем моей следующей целью было создание каталога — нахождение измеримого количества света и регистрация того, сколько света проходит через заданный фильтр, для поддержки нашей более масштабной публикации. Это была моя основная работа с данными, и я был очень взволнован, потому что никогда раньше не работал с данными фотометрии. Это действительно расширило мои навыки, и я смог увидеть красивые галактики раньше всех».

На данный момент сотрудничество под руководством KU зарегистрировало 67 часов управления JWST. Недавно проект получил около 30 дополнительных часов времени телескопа. Данные будут использоваться в KU для исследований и обучения в течение некоторого времени, прежде чем будут опубликованы.

«Это самый большой объем данных JWST, который мы смогли предоставить KU с главным исследователем здесь, что означает, что студенты KU имеют эксклюзивное право на эти данные на данный момент», — сказал Киркпатрик. «Они пока не общедоступны. Время телескопа работает так: поскольку на написание предложения тратится много усилий, вам дается год на эксклюзивное использование данных. Затем они публикуются в общедоступной базе данных, но только как необработанные данные. Любой может получить к ним доступ, но им придется выполнять собственную обработку, которая в нашем случае заняла месяцы».

По словам Киркпатрика, на данный момент доступ к «этому прекрасному набору данных» имеют только исследователи в области физики и астрономии Канзасского университета.

Текущие исследования включают поиск галактик, которые могли бы быть предками галактик, подобных Млечному Пути, сегодня — впервые видимых в среднем ИК-диапазоне благодаря MEGA, измерение того, как быстро галактики формируют звезды и выращивают свои черные дыры, и изучение того, как галактики меняют свой внешний вид из-за слияний с течением времени. Все эти проекты дают исследователям беспрецедентный взгляд на то, как галактики, подобные Млечному Пути, «выросли».

«Все мои студенты работают над этим», — сказала она. «Это действительно уникальная вещь для KU прямо сейчас».

Больше информации: Bren E. Backhaus et al, MEGA Mass Assembly with JWST: The MIRI EGS Galaxy and AGN Survey, arXiv (2025). DOI: 10.48550/arxiv.2503.19078

Источник: University of Kansas