Астрономи використали космічний телескоп Джеймса Вебба (JWST) для ідентифікації найвіддаленіших кульових скупчень з будь-коли виявлених - щільних груп з мільйонів зірок, які можуть бути реліктами, що містять перші та найстаріші зорі у Всесвіті.
Тисячі галактик заповнюють це зображення галактичного скупчення SMACS 0723, зроблене у ближньому інфрачервоному діапазоні з високою роздільною здатністю. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI
Про це розповіли в Університеті Торонто
Результати раннього аналізу знімка "Вебба" під назвою "Перше глибоке поле", на якому зображені деякі з найбільш ранніх галактик Всесвіту, були опубліковані 29 вересня в журналі The Astrophysical Journal Letters.
"JWST був створений для пошуку перших зірок і перших галактик, а також для того, щоб допомогти нам зрозуміти витоки складності у Всесвіті, як-от хімічні елементи та будівельні блоки життя", - каже Ламія Моула, постдокторантка з Інституту астрономії й астрофізики Данлапа Університету Торонто та одна з провідних авторів дослідження, яке було проведено командою "Неупереджений огляд кластера за допомогою канадського приладу NIRISS" (CANUCS).
"Це відкриття в Першому глибокому полі Вебба вже дає змогу детально розглянути найбільш ранню фазу формування зірок, що підтверджує неймовірну міць JWST".
На дуже деталізованому зображенні Першого глибокого поля Вебба дослідники націлилися на галактику, яку вони назвали "Іскристою галактикою", та яка розташована на відстані 9 мільярдів світлових років від нас. Свою назву ця галактика отримала за компактні об'єкти навколо неї, які мають вигляд маленьких жовто-червоних точок, названих дослідниками "іскрами". Команда припустила, що ці іскорки можуть бути або молодими скупченнями, які активно формують зорі - народжені через три мільярди років після Великого вибуху на піку зореутворення, - або ж старими кульовими скупченнями. Кульові скупчення - це стародавні колекції зірок, що утворилися в період становлення галактики та містять відомості про найбільш ранні фази її формування й зростання.
Астрономи дослідили Іскристу галактику, що знаходиться в Першому глибокому полі Вебба, і визначили, що п'ять блискучих об'єктів навколо неї є кулястими скупченнями. Image via Canadian Space Agency with images from NASA, ESA, CSA, STScI; Mowla, Iyer et al. 2022.
На основі початкового аналізу 12 таких компактних об'єктів дослідники визначили, що п'ять з них є не тільки кульовими скупченнями, а й одними з найстаріших відомих скупчень.
"Перегляд перших зображень JWST і виявлення старих кульових скупчень навколо далеких галактик - це неймовірний момент, що був неможливий під час попередніх зйомок космічним телескопом Хаббла", - каже Картейк Г. Айєр, докторант Інституту астрономії й астрофізики Данлапа та один з провідних авторів дослідження.
"Оскільки ми могли спостерігати іскри по діапазону довжин хвиль, ми змогли змоделювати їх і краще зрозуміти їхні фізичні властивості - скільки їм років і скільки зірок вони містять. Ми сподіваємося, що знання про те, що кульові скупчення можна спостерігати з таких великих відстаней за допомогою JWST, стане поштовхом для подальшої науки й пошуку подібних об'єктів".
У галактиці Чумацький Шлях відомо близько 150 кульових скупчень, але як і коли саме утворилися ці щільні скупчення зірок, не зовсім зрозуміло. Астрономи знають, що кульові скупчення можуть бути дуже старими, але виміряти їхній вік неймовірно складно. Використання дуже далеких кульових скупчень для визначення віку перших зірок у далеких галактиках раніше не проводилося та тепер можливе за допомогою JWST.
"Ці нещодавно ідентифіковані скупчення були сформовані поблизу того часу, коли вперше стало можливим утворення зірок", - каже Моула. "Оскільки Іскриста галактика розташована набагато далі, ніж наш Чумацький Шлях, легше визначити вік її кульових скупчень. Ми спостерігаємо за Іскристою, якою вона була дев'ять мільярдів років тому, коли Всесвіту було всього чотири з половиною мільярди років, дивимося на те, що сталося дуже давно. Думайте про це, як про те, щоб вгадати вік людини за її зовнішнім виглядом - легко відрізнити п'яти- і десятирічну дитину, але важко відрізнити п'ятдесяти- і п'ятдесятип'ятирічну людину".
Досі астрономи не могли побачити навколишні компактні об'єкти Іскристої галактики за допомогою космічного телескопа Хаббла. Усе змінилося завдяки збільшеним роздільній здатності та чутливості у JWST, який уперше показав крихітні точки, що оточують галактику, на знімку Першого глибокого поля Вебба. Особливість Іскристої галактики полягає в тому, що вона збільшена у 100 разів завдяки ефекту гравітаційного лінзування - коли галактичне скупчення SMACS 0723 на передньому плані спотворює те, що знаходиться за ним, подібно до гігантського збільшувального скла. Ба більше, гравітаційне лінзування створює три окремі зображення Іскристої, що дає змогу астрономам вивчити галактику більш детально.
Гравітаційне лінзування використовується астрономами для вивчення дуже далеких і дуже тьмяних галактик. Credit: NASA, ESA & L. Calçada
"Наше дослідження Іскристої підкреслює величезну силу поєднання унікальних можливостей JWST з природним збільшенням, яке дає гравітаційне лінзування", - каже керівник групи CANUCS Кріс Віллотт з Дослідницького центру астрономії та астрофізики імені Герцберга Національної дослідницької ради. "Команда з нетерпінням чекає нових відкриттів, коли наступного місяця JWST зверне свій погляд на скупчення галактик CANUCS".
Дослідники об'єднали нові дані Камери ближнього інфрачервоного діапазону (NIRCam) JWST з архівними даними космічного телескопа Хаббла. NIRCam виявляє слабкі об'єкти, використовуючи довші й червоніші хвилі, щоб спостерігати за межами того, що видно людському оку та навіть космічному телескопу Хаббла. Як збільшення через лінзування скупченням галактик, так і висока роздільна здатність JWST зробили можливим спостереження компактних об'єктів.
Зроблений в Канаді Візуалізатор ближнього інфрачервоного діапазону та безщілинний спектрограф "NIRISS" на JWST надав незалежне підтвердження того, що об'єкти є старими кульовими скупченнями, оскільки дослідники не спостерігали емісійних ліній кисню - емісій з вимірюваними спектрами, які випромінюють ті молоді скупчення, що активно формують зорі. NIRISS також допоміг розгадати геометрію трилінзових зображень Іскристої.
"Інструмент NIRISS, створений у Канаді для JWST, зіграв важливу роль у розумінні того, як пов'язані три зображення Іскристої та її кульових скупчень", - каже Марцін Савіцкі, професор Університету Св. Марії, який є канадським науковим керівником у галузі астрономії та співавтором дослідження. "Побачивши кілька кульових скупчень Іскристої, зображених тричі, стало зрозуміло, що вони обертаються навколо Іскристої галактики, а не просто випадково опинилися перед нею".
JWST спостерігає за полями CANUCS з жовтня 2022 року, використовуючи його дані для вивчення п'яти масивних галактичних скупчень, навколо яких дослідники розраховують знайти більше подібних систем. Майбутні дослідження також змоделюють скупчення галактик для розуміння ефекту лінзування та проведуть більш надійні аналізи для пояснення історії зореутворення.
До числа установ, що приймають участь у співпраці, входять Йоркський університет та інститути в США та Європі.
Що ще цікаво, Вебб виявив щільний космічний вузол у ранньому Всесвіті - скупчення масивних галактик в процесі формування навколо надзвичайно червоного квазара.
Коментарі
Дописати коментар