Vėlesni Pandoros spiečiaus stebėjimai patvirtino, kad egzistuoja antra ir ketvirta labiausiai nutolusių galaktikų, didesnės nei kitos galaktikos, rastos tokiais ekstremaliais atstumais.

Antroji ir ketvirtoji kada nors aptiktos tolimiausios galaktikos buvo aptiktos kosmoso regione, vadinamame Pandoros spiečiumi arba Abell 2744, naudojant duomenis iš… NASA‘s James Webb kosminis teleskopas (JWST). Tolesniame regiono giluminio lauko vaizde (žr. paveikslėlį žemiau) Penn State tyrėjų vadovaujama tarptautinė komanda patvirtino šių senovės galaktikų atstumą ir padarė išvadą apie jų savybes, naudodama naujus spektroskopinius duomenis – informaciją apie elektromagnetinio spektro skleidžiamą šviesą. iš JWST. Šios neįtikėtinai nutolusios galaktikos, esančios maždaug 33 milijardų šviesmečių atstumu, leidžia suprasti, kaip susiformavo pirmosios galaktikos.

Unikali išvaizda ir reikšmė

Pasak mokslininkų, skirtingai nuo kitų patvirtintų galaktikų tokiu atstumu, kurios vaizduose atrodo kaip raudoni taškai, naujosios galaktikos yra didesnės ir atrodo kaip žemės riešutas ir pūkuotas rutulys. Šiandien (lapkričio 13 d.) žurnale pasirodo galaktikas aprašantis straipsnis Astrofizikos žurnalo laiškai.

Astronomai apskaičiavo, kad šiame NASA James Webb kosminio teleskopo Pandoros spiečiaus vaizde yra 50 000 artimųjų infraraudonųjų spindulių šviesos šaltinių. Jo šviesa nukeliavo įvairius atstumus, kad pasiektų teleskopo detektorius, vaizduojančius erdvės platybes viename vaizde. Autoriai: Mokslas: NASA, ESA, CSA, Ivo Lappé (Swinburne), Rachel Bezanson (Pitsburgo universitetas), vaizdo apdorojimas: Alyssa Pagan (STScI)

„Labai mažai žinoma apie ankstyvąją visatą, o vienintelis būdas sužinoti apie tą laiką ir patikrinti mūsų teorijas apie galaktikų formavimąsi ir ankstyvą augimą yra per šias labai tolimas galaktikas“, – sakė pirmasis autorius Bingyi Wang, doktorantas iš Universiteto. Pensilvanija. Eberly State College of Science ir narys JWST UNCOVER komanda (Ultradeep NIRSpec ir NIRCam stebėjimai prieš reionizacijos erą) kurie atliko tyrimą. „Prieš analizę žinojome tik apie tris patvirtintas galaktikas, esančias šiuo kraštutiniu atstumu. Šių naujų galaktikų ir jų savybių tyrimas atskleidė ankstyvosios visatos galaktikų įvairovę ir tai, kiek iš jų galima pasimokyti.

Ankstyvosios visatos įžvalgos

Kadangi šių galaktikų šviesa turėjo keliauti ilgą laiką, kad pasiektų Žemę, ji atveria langą į praeitį. Tyrėjų komanda apskaičiavo, kad Jameso Webbo kosminio teleskopo aptikta šviesa buvo išspinduliuota iš dviejų galaktikų, kai Visata buvo maždaug 330 milijonų metų, ir nukeliavo apie 13,4 milijardo šviesmečių, kad pasiektų Jameso Webbo kosminį teleskopą. Tačiau mokslininkai teigė, kad šiuo metu galaktikos yra arčiau 33 milijardų šviesmečių nuo Žemės dėl per šį laikotarpį išsiplėtusios visatos.

„Šviesa iš šių galaktikų yra senovinė, maždaug tris kartus senesnė už Žemę“, – sakė Peno valstijos astronomijos ir astrofizikos docentas ir UNCOVER narys Joelis Lyja. „Šios ankstyvosios galaktikos yra kaip švyturiai, šviesa, prasiskverbianti pro labai plonas vandenilio dujas, sudarančias ankstyvąją visatą. Tik per jų šviesą galime suprasti keistą fiziką, kuri valdė galaktiką netoli kosminės aušros.”

Naudodami James Webb kosminį teleskopą mokslininkai atrado dvi tolimas galaktikas Pandoros spiečiuje, suteikdamos naujų įžvalgų apie ankstyvąją visatą. Šios unikalaus dydžio ir išvaizdos galaktikos meta iššūkį mūsų supratimui apie galaktikų formavimąsi ankstyvojoje visatoje. Autorius: NASA

Verta paminėti, kad dvi galaktikos yra daug didesnės nei trys anksčiau egzistavusios galaktikos šiais dideliais atstumais. Vienas yra mažiausiai šešis kartus didesnis ir maždaug 2000 šviesmečių skersmens. Palyginimui, paukščių takas Galaktikos skersmuo yra apie 100 000 šviesmečių, tačiau Wangas mano, kad ankstyvoji visata buvo labai kompaktiška, todėl stebina, kad galaktika gali būti tokia didelė.

„Anksčiau tokiais atstumais aptiktos galaktikos yra taškiniai šaltiniai. Mūsų vaizduose jos atrodo kaip taškas”, – sakė Wang. „Tačiau vienas iš mūsų atrodo pailgas, beveik kaip žemės riešutas, o kitas – kaip plonas rutulys. Neaišku, ar dydžio skirtumas atsirado dėl to, kaip susiformavo žvaigždės, ar kas atsitiko joms susiformavus, bet įvairovė Galaktikų savybės yra tikrai įdomios. Tikimasi, kad šios ankstyvosios galaktikos susiformavo iš panašių medžiagų, tačiau jos jau rodo, kad jos labai skiriasi viena nuo kitos.

Mokslinių tyrimų metodologija

Šios dvi galaktikos buvo tarp 60 000 Pandoros spiečiaus šviesos šaltinių, aptiktų viename iš pirmųjų giliojo lauko vaizdų, padarytų James Webb kosminiu teleskopu 2022 m., pirmaisiais mokslo operacijų metais. Šis erdvės regionas buvo pasirinktas iš dalies todėl, kad jis yra už daugelio galaktikų spiečių, sukuriančių natūralų padidinimo efektą, vadinamą gravitaciniu lęšiu. Sujungtos klasterių masės gravitacinė jėga iškraipo aplink juos esančią erdvę, sufokusuodama ir sustiprindama bet kokią šalia jų sklindančią šviesą ir padidindama vaizdą už spiečių.

Per kelis mėnesius UNCOVER komanda susiaurino 60 000 šviesos šaltinių iki 700 kandidatų tolesniam tyrimui, iš kurių aštuoni, jų nuomone, gali būti tarp pirmųjų galaktikų. Tada Jameso Webbo kosminis teleskopas vėl nukreipė į Pandoros spiečius, užfiksuodamas kandidatų spektrus, savotišką pirštų atspaudą, kuris detalizuoja kiekvieno bangos ilgio skleidžiamos šviesos kiekį.

„Kelios skirtingos komandos naudoja skirtingus metodus, ieškodamos šių senovės galaktikų, kurių kiekviena turi savo stipriąsias ir silpnąsias puses“, – sakė Leija. „Faktas, kad nukreipiame šį milžinišką didinamąjį stiklą į kosmosą, suteikia mums neįtikėtinai gilų langą, tačiau tai labai mažas langas, todėl metėme kauliuką. Daugelis kandidatų buvo neaiškūs, ir bent vienas iš jų buvo atvejis. klaidingos tapatybės. Tai buvo kažkas daug artimesnio.” „Jis imituoja tolimą galaktiką. Bet mums pasisekė, ir dvi iš jų pasirodė šios senovės galaktikos. Tai neįtikėtina.”

Savybės ir efektai

Tyrėjai taip pat naudojo išsamius modelius, kad nustatytų šių ankstyvųjų galaktikų savybes, kai jos skleidė šviesą, kurią aptiko James Webb kosminis teleskopas. Kaip tikėjosi tyrėjai, šios dvi galaktikos buvo jaunos, jų sudėtyje buvo mažai metalo, jos sparčiai augo ir aktyviai formavo žvaigždes.

„Pirmieji elementai susiformavo ankstyvųjų žvaigždžių šerdyje per sintezės procesą“, – sakė Lyga. „Suprantama, kad šiose ankstyvosiose galaktikose nebuvo sunkiųjų elementų, tokių kaip metalai, nes jos buvo vienos iš pirmųjų gamyklų, sukūrusių tuos sunkiuosius elementus. Žinoma, jos turi būti jaunos ir formuoti žvaigždes, kad būtų pirmosios galaktikos, bet tai patvirtina. Šios savybės yra svarbus pagrindinis mūsų modelių testas ir padeda patvirtinti visą galaktikų modelį. didysis sprogimas teorija“.

Kartu su gravitaciniu lęšiu, James Webb kosminio teleskopo galingi infraraudonųjų spindulių instrumentai turėtų aptikti galaktikas, esančias tolimesniu atstumu, jei tokių yra, pažymėjo mokslininkai.

„Turėjome labai mažą langą į šį regioną ir nieko nepastebėjome už šių dviejų galaktikų ribų, nors Jameso Webbo kosminis teleskopas turi galimybę“, – sakė Leja. „Tai gali reikšti, kad galaktikos nesusiformavo anksčiau ir mes nieko nerasime toliau. Ar tai gali reikšti, kad mums tiesiog nepasisekė dėl mažo lango.”

Šis darbas buvo sėkmingo NASA pateikto pasiūlymo, kuriame siūloma, kaip James Webb kosminis teleskopas galėtų būti naudojamas pirmaisiais mokslo veiklos metais, rezultatas. Per pirmuosius tris pateikimo etapus NASA gavo nuo keturių iki dešimties kartų daugiau pasiūlymų, nei leistų stebėjimo laikas teleskopu, ir turėjo atrinkti tik dalį tų pasiūlymų.

„Mūsų komanda buvo labai susijaudinusi ir šiek tiek nustebusi, kai mūsų pasiūlymas buvo priimtas“, – sakė Leija. „Tai buvo koordinavimas, greitas žmogaus veiksmas ir teleskopo nukreipimas į tą patį objektą du kartus, o tai yra labai daug, ko reikia iš teleskopo jo pirmaisiais metais. Buvo didelis spaudimas, nes turėjome tik kelis mėnesius apsispręsti, ką daryti. Tačiau jis buvo sukurtas. James Webb kosminis teleskopas stengiasi rasti šias pirmąsias galaktikas, ir dabar labai įdomu tai padaryti.

Nuoroda: Benjie Wang, 冰洁王, Seiji Fujimoto, Ivo Lappé, Lukas J. Furtakas, Timas B. Milleris, Davidas J. Seatonas, Adi Zittrainas, Hakimas Atiqas, Rachel Besançon, Gabrielis Brammeris, Joelis Leja, Pascalis A. Ochs, Sedona H. Price, Irina Chemerinska, Samas E. Katleris, Pratika Dayal, Peteris van Dokkumas, Andy de Goldingas, Jenny E. Žalias, Y. . Vodamoto, Gauravas Khullaras, Vasilijus Kokorevas, Danilo Marchesini, Richardas Panas, Johnas R. Weaveris, Katherine E. Whittaker ir Christina C. Williams, 2023 m. lapkričio 13 d. Astrofizikos žurnalo laiškai.
doi: 10.3847/2041-8213/acfe07

Be Penn State, komandoje yra mokslininkai iš Teksaso universiteto Ostine, Swinburne technologijos universiteto Australijoje, Ben Guriono universiteto Negev Izraelyje ir Ben Guriono universiteto Negevyje Izraelyje. Jeilio universitetasPitsburgo universitetas, Sorbonos universitetas Prancūzijoje, Kopenhagos universitetas Danijoje, Ženevos universitetas Šveicarijoje, Masačusetso universitetas, Groningeno universitetas Nyderlanduose, Prinstono universitetasWasedos universitetas Japonijoje, Tuftso universitetas ir Nacionalinė optinės ir infraraudonųjų spindulių astronomijos laboratorija (NOIR).

Šį darbą rėmė NASA, JAV ir Izraelio Bi-Science fondas, JAV nacionalinis mokslo fondas, Izraelio mokslo ir technologijų ministerija, Prancūzijos nacionalinis kosmoso studijų centras, Prancūzijos nacionalinis geomokslų ir astronomijos institutas ir tyrimų centras. centras. Mokslo pažangos fondas, Nyderlandų mokslinių tyrimų taryba, Europos Komisija ir Groningeno universitetas bendrai finansuoja Rosalind Franklin programą, Japonijos nacionalinę astronomijos observatoriją ir NOIR laboratoriją.