Telescopul spațial James Webb se uită la universul timpuriu, văzând galaxii precum propria noastră Calea Lactee

fotografii noi de la[{” attribute=””>NASA’s James Webb Space Telescope (JWST) reveal for the first time galaxies with stellar bars — elongated features of stars stretching from the centers of galaxies into their outer disks — at a time when the universe was a mere 25% of its present age. The finding of so-called barred galaxies, similar to our Milky Way, this early in the universe will require astrophysicists to refine their theories of galaxy evolution.

Prior to JWST, images from the Hubble Space Telescope had never detected bars at such young epochs. In a Hubble image, one galaxy, EGS-23205, is little more than a disk-shaped smudge, but in the corresponding JWST image taken this past summer, it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar.

“I took one look at these data, and I said, ‘We are dropping everything else!’” said Shardha Jogee, professor of astronomy at The University of Texas at Austin. “The bars hardly visible in Hubble data just popped out in the JWST image, showing the tremendous power of JWST to see the underlying structure in galaxies,” she said, describing data from the Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), led by UT Austin professor, Steven Finkelstein.

The power of JWST to map galaxies at high resolution and at longer infrared wavelengths than Hubble allows it look through dust and unveil the underlying structure and mass of distant galaxies. This can be seen in these two images of the galaxy EGS23205, seen as it was about 11 billion years ago. In the HST image (left, taken in the near-infrared filter), the galaxy is little more than a disk-shaped smudge obscured by dust and impacted by the glare of young stars, but in the corresponding JWST mid-infrared image (taken this past summer), it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar. Credit: NASA/CEERS/University of Texas at Austin

The team identified another barred galaxy, EGS-24268, also from about 11 billion years ago, which makes two barred galaxies existing farther back in time than any previously discovered.

In an article accepted for publication in The Astrophysical Journal Letters, they highlight these two galaxies and show examples of four other barred galaxies from more than 8 billion years ago.

“For this study, we are looking at a new regime where no one had used this kind of data or done this kind of quantitative analysis before,” said Yuchen “Kay” Guo, a graduate student who led the analysis, “so everything is new. It’s like going into a forest that nobody has ever gone into.”

Bars play an important role in galaxy evolution by funneling gas into the central regions, boosting star formation.

“Bars solve the supply chain problem in galaxies,” Jogee said. “Just like we need to bring raw material from the harbor to inland factories that make new products, a bar powerfully transports gas into the central region where the gas is rapidly converted into new stars at a rate typically 10 to 100 times faster than in the rest of the galaxy.”

Bars also help to grow supermassive black holes in the centers of galaxies by channeling the gas part of the way.

Această simulare arată cum se formează tijele stelare (stânga) și fluxurile de gaz conduse de tije (dreapta). Barele stelare joacă un rol important în evoluția galactică prin canalizarea gazului în regiunile centrale ale galaxiei, unde este transformat rapid în noi stele, de 10 până la 100 de ori mai rapid decât rata din restul galaxiei. Tijele ajută, de asemenea, indirect la formarea găurilor negre supermasive în centrele galaxiilor prin direcționarea părții de gaz a drumului. Credit: Françoise Combes, Observatorul din Paris

Descoperirea barelor în timpul acestor epoci timpurii a zdruncinat scenariile de evoluție a galaxiilor în mai multe moduri.

„Această detecție timpurie a barelor înseamnă că modelele de evoluție a galaxiilor au acum o nouă cale prin bare pentru a accelera producția de noi stele la vârste fragede”, a spus Jogee.

Și existența acestor bare timpurii provoacă modelele teoretice, deoarece acestea trebuie să corecteze pentru fizica galactică pentru a prezice abundența corectă a barelor. Echipa va testa diferite modele în lucrările lor viitoare.

Un montaj de imagini JWST arată șase exemple de galaxii barate, dintre care două reprezintă cei mai mari timpi de recuperare cuantificați și caracterizați până în prezent. Etichetele din stânga sus a fiecărui număr arată timpul retrograd al fiecărei galaxii, care variază de la 8,4 la 11 miliarde de ani în urmă (Gyr), când universul avea doar 40% până la 20% din vârsta sa actuală. Credit: NASA/CEERS/Universitatea din Texas din Austin

JWST poate dezvălui structuri din galaxii îndepărtate mai bine decât Hubble din două motive: în primul rând, oglinda sa mai mare îi oferă o capacitate mai mare de adunare a luminii, permițându-i să vadă mai departe și cu o rezoluție mai mare. În al doilea rând, poate vedea mai bine prin praf, deoarece observă la lungimi de undă infraroșii mai mari decât telescopul Hubble.

Studenții Eden Wise și Zilei Chen au jucat un rol major în cercetare, revizuind vizual sute de galaxii, căutându-le pe cele care păreau să aibă bare, ceea ce a ajutat să restrângă lista la câteva zeci, astfel încât alți cercetători să o poată analiza cu calcule mai intense. . Apropiindu-se.

Referință: „Prima privire la z > 1 Bare în restul cadrului în infraroșu apropiat cu imagini JWST CEERS timpurii” De Yuchen Guo, Sharda Joji, Stephen L Finkelstein, Zili Chen, Aiden Weiss, Michaela P Bagley, Guillermo Barrow, Stegen și Witts, Dale D. Kosevski, Jehan S. Kartaltepe, Elizabeth J. McGrath, Henry C. Ferguson, Bahram Mobacher, Mauro Giavalescu, Ray A. Lucas, George A. Zavala, Jennifer M. Lutz, Norman A. Grojean, Mark Huertas-Company, Jesus Vega-Ferrero, Nimish P. Hathi, Pablo Arrabal Haro, Mark Dickinson, Anton M. Koekemoer, Casey Papovich, Nor Pirzkal, LY Aaron Yung, Bren E. Backhaus, Eric F. Bell, Antonello Calabrò, Nikko G. Cleary, Rosemary T. Cogan, MC Cooper, Luca Constantin, Darren Croton, Kelsey Davis Accepted, Alexandre de la Vega, Avishai Dekel, Maximilian Franco, Jonathan P. Gardner, Ben W. Holwerda, Taylor A. Hutchison, Viraj Pandya, Pablo G. Perez-Gonzalez, Swara Ravindranath, Caitlin Rose, Jonathan R Trump, Weichen Wang, acceptat Scrisori din jurnalul astrofizic.
arXiv: 2210.08658

Alți co-autori de la Universitatea din Austin sunt Stephen Finkelstein, Michaela Bagley și Maximilian Franco. Zeci de coautori din alte instituții provin din Statele Unite, Regatul Unit, Japonia, Spania, Franța, Italia, Australia și Israel.

Finanțarea acestei cercetări a fost asigurată parțial de Roland K. Blumberg Endowment in Astronomy, Fundația Heising-Simons și NASA. Această lucrare s-a bazat pe resurse de la Texas Center for Advanced Computing, inclusiv Frontera, cel mai puternic supercomputer dintr-o universitate americană.