Webb dezvăluie gigantul universului timpuriu

Imaginile detaliate ale uneia dintre primele galaxii arată că creșterea în universul timpuriu a fost mult mai rapidă decât se credea inițial.

Astronomii se bucură în prezent de o perioadă fructuoasă de descoperiri, investigând multe dintre misterele universului timpuriu.

Lansarea cu succes a telescopului spațial James Webb (JWST), succesorul telescopului spațial Hubble al NASA, a depășit limitele a ceea ce putem vedea.

Observațiile intră acum în primii 500 de milioane de ani după Big Bang, când universul avea mai puțin de cinci la sută din vârsta sa actuală. Pentru oameni, de această dată va pune ferm universul în stadiul de copil mic.

Cu toate acestea, galaxiile pe care le observăm cu siguranță nu sunt infantile, deoarece noile observații dezvăluie galaxii care sunt mai masive și mai mature decât se aștepta anterior în vremuri atât de timpurii, ajutând să ne rescriem înțelegerea formării și evoluției galaxiilor.

Echipa noastră internațională de cercetare a făcut recent observații detaliate fără precedent ale uneia dintre cele mai vechi galaxii cunoscute – numită Gz9p3, acum publicată în Astronomia naturii.

Numele lui provine de la Colaborare de sticlă (numele echipei noastre internaționale de cercetare) și faptul că galaxia are o deplasare spre roșu de z=9,3 unde deplasarea către roșu este o modalitate de a descrie distanța până la un obiect – deci G și z9p3.

Gz9p3, cea mai strălucitoare galaxie fuzionată cunoscută în primii 500 de milioane de ani ai universului (observată de telescopul spațial James Webb). Stânga: Imaginile în direct arată un nucleu dublu în regiunea centrală. Dreapta: Caracteristicile secțiunii transversale ușoare dezvăluie o structură alungită și aglomerată rezultată din fuziunea galaxiilor. Credit: NASA

Cu doar doi ani în urmă, Gz9p3 a apărut ca un singur punct de lumină Telescopul spațial Hubble. Dar folosind Telescopul spațial James Webb Putem observa acest obiect așa cum a fost 510 milioane de ani mai târziu marea explozieacum aproximativ 13 miliarde de ani.

Am descoperit că Gz9p3 era mult mai masiv și mai matur decât se aștepta pentru un univers atât de tânăr și conține într-adevăr câteva miliarde de stele.

De departe, a fost cel mai masiv obiect confirmat de atunci și a fost calculat a fi de zece ori mai mare decât orice altă galaxie descoperită în universul timpuriu.

Împreună, aceste rezultate sugerează că pentru ca galaxia să atingă această dimensiune, stelele trebuie să fi evoluat mai rapid și mai eficient decât am crezut inițial.

Fuziunea celor mai îndepărtate galaxii din universul timpuriu

Nu numai că Gz9p3 este masiv, dar forma sa complexă îl identifică imediat ca fiind una dintre cele mai vechi fuziuni de galaxii văzute vreodată.

Imaginile JWST ale galaxiei arată o morfologie asociată de obicei cu două galaxii care interacționează. Fuziunea nu este finalizată pentru că încă vedem două componente.

Când două obiecte masive se unesc astfel, ele scapă de o anumită materie în acest proces. Deci, acest material aruncat sugerează că ceea ce am observat este una dintre cele mai îndepărtate fuziuni vreodată.

Telescopul James Webb – cel mai mare și mai puternic instrument de acest gen lansat vreodată în spațiu – folosește o oglindă primară de 6,5 metri, formată din 18 oglinzi hexagonale, acoperite cu un strat de aur pentru a produce unele dintre cele mai vechi imagini ale universului. Credit imagine: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Apoi, studiul nostru a aprofundat, pentru a caracteriza grupurile de stele care alcătuiesc galaxiile care fuzionează. Folosind JWST, am putut să examinăm Spectrul galaxieiîmparte lumina în același mod în care o prismă împarte lumina albă într-un curcubeu.

Când se utilizează numai imagistica, cele mai multe studii ale acestor obiecte foarte îndepărtate arată doar stele foarte tinere, deoarece stelele mai tinere sunt mai strălucitoare și, prin urmare, lumina lor domină datele imagistice.

De exemplu, o populație tânără strălucitoare creată de fuziunea galactică, cu o vechime mai mică de câteva milioane de ani, depășește o populație mai în vârstă care are deja mai mult de 100 de milioane de ani.

folosind Tehnica analizei spectrale Putem produce observații atât de detaliate, încât cele două grupuri pot fi distinse.

Noi modele ale universului timpuriu

Nu s-ar fi așteptat la o populație mai în vârstă atât de mare, având în vedere modul în care stelele timpurii s-au format pentru a fi suficient de bătrâne în acest timp cosmic. Spectroscopia este atât de detaliată, încât putem vedea trăsăturile subtile ale stelelor antice care ne spun că există mai multe decât crezi.

Elementele specifice detectate în spectru (inclusiv siliciu, carbon și fier) ​​arată că această populație mai în vârstă trebuie să fie prezentă pentru a îmbogăți galaxia cu o abundență de substanțe chimice.

Nu numai dimensiunea galaxiilor este surprinzătoare, ci și viteza cu care au crescut până la această stare matură din punct de vedere chimic.

Aceste observații oferă dovezi pentru o acumulare rapidă și eficientă de stele și metale imediat după Big Bang, asociată cu fuziunile galaxiilor în curs, arătând că galaxiile masive care conțineau multe miliarde de stele au existat mai devreme decât se aștepta.

Observațiile furnizează dovezi ale acreției rapide și eficiente de stele și metale imediat după Big Bang. Credit imagine: NASA, ESA, Jennifer Lutz (STScI), Matt Mountain (STScI), Anton M. Koikimore (STScI), Echipa HFF (STScI)

Galaxiile izolate își construiesc populațiile de stele Pe site-ul Cu toate acestea, cu rezerva lor limitată de gaz, aceasta poate fi o modalitate lentă de creștere a galaxiilor.

Interacțiunile dintre galaxii pot atrage noi fluxuri de gaz pur, oferind combustibilul necesar pentru formarea rapidă a stelelor, iar fuziunile oferă un canal mai rapid pentru acumularea și creșterea în masă.

Cele mai mari galaxii din universul nostru modern au o istorie de fuziuni, inclusiv a noastră calea lactee A crescut până la dimensiunea actuală prin fuziuni succesive cu galaxii mai mici.

Observațiile lui Gz9p3 arată că galaxiile au fost capabile să acumuleze rapid masă în Universul timpuriu prin fuziuni, cu eficiența formării stelelor mai mare decât ne așteptam.

Acestea și alte observații cu ajutorul telescopului spațial James Webb îi determină pe astrofizicieni să-și revizuiască modelele primilor ani ai universului.

Cosmologia noastră nu este neapărat greșită, dar înțelegerea noastră a cât de repede se formează galaxiile poate fi greșită, deoarece sunt mult mai mari decât am crezut că este posibil.

Aceste noi descoperiri vin la un moment bun, pe măsură ce ne apropiem de pragul de doi ani pentru observațiile științifice făcute cu telescopul spațial James Webb.

Pe măsură ce numărul total de galaxii observate crește, astronomii care studiază universul timpuriu trec de la faza de descoperire la o perioadă în care avem mostre suficient de mari pentru a începe construirea și perfecționarea modelelor noi.

Nu a existat niciodată un moment mai interesant pentru a înțelege secretele universului timpuriu.

Referință: „O galaxie de interacțiune masivă la 510 milioane de ani după Big Bang” de Kristan Boyett, Michele Trinti, Nisha Lithokawalit, Antonello Calabro, Benjamin Metha, Guido Roberts Borsani, 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 și Benedetta Vulcani, 7 martie 2024, Astronomia naturii.
doi: 10.1038/s41550-024-02218-7

Studiul a fost condus de Dr Kate Boyett cu o echipă care include profesorii Michael Trinity și Benjamin Mitha Niccolò Dalmaso Tot de la Universitatea din Melbourne și Centrul de excelență ARC pentru astrofizica tuturor cerurilor în 3 dimensiuni (ASTRO 3D). Se formează o echipă internațională de cercetare 27 de autori din 19 instituții din Australia, Thailanda, Italia, SUA, Japonia, Danemarca și China.