Уэбб раскрывает гиганта ранней Вселенной

Детальные изображения одной из первых галактик показывают, что рост ранней Вселенной был намного быстрее, чем предполагалось ранее.

Астрономы в настоящее время переживают плодотворный период открытий, исследуя многие загадки ранней Вселенной.

Успешный запуск космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), преемника космического телескопа НАСА «Хаббл», раздвинул границы того, что мы можем видеть.

Наблюдения теперь охватывают первые 500 миллионов лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял менее пяти процентов от ее нынешнего возраста. Для людей это время прочно переведет Вселенную на стадию развития малыша.

Однако галактики, которые мы наблюдаем, определенно не являются инфантильными, поскольку новые наблюдения показывают, что галактики более массивны и зрелы, чем ожидалось ранее в столь ранние времена, что помогает переписать наше понимание формирования и эволюции галактик.

Наша международная исследовательская группа недавно провела беспрецедентные подробные наблюдения одной из старейших известных галактик – получившей название Gz9p3. Природная астрономия.

Его название происходит от Стекольное сотрудничество (название нашей международной исследовательской группы) и тот факт, что галактика имеет красное смещение z=9,3, где красное смещение — это один из способов описания расстояния до объекта — отсюда G и z9p3.

Gz9p3, самая яркая слившаяся галактика, известная за первые 500 миллионов лет существования Вселенной (наблюдаемая космическим телескопом Джеймса Уэбба). Слева: живое изображение показывает двойное ядро ​​в центральной области. Справа: особенности поперечного сечения света показывают вытянутую, комковатую структуру, образовавшуюся в результате слияния галактик. Кредит: НАСА

Всего два года назад Gz9p3 стал единственной точкой света в Космический телескоп Хаббл. Но используя Космический телескоп Джеймса Уэбба Мы можем наблюдать этот объект таким, каким он был 510 миллионов лет спустя. великий взрывоколо 13 миллиардов лет назад.

Мы обнаружили, что Gz9p3 оказался гораздо более массивным и зрелым, чем ожидалось для такой молодой Вселенной, и действительно содержал несколько миллиардов звезд.

Безусловно, это был самый массивный объект, подтвержденный с того времени, и, по расчетам, он был в десять раз больше, чем любая другая галактика, обнаруженная в ранней Вселенной.

В совокупности эти результаты позволяют предположить, что для того, чтобы галактика достигла такого размера, звезды должны были эволюционировать быстрее и эффективнее, чем мы первоначально думали.

Слияние самых далеких галактик ранней Вселенной

Gz9p3 не только массивен, но и его сложная форма сразу идентифицирует его как одно из старейших когда-либо наблюдавшихся слияний галактик.

Изображение галактики JWST показывает морфологию, обычно связанную с двумя взаимодействующими галактиками. Слияние еще не завершено, поскольку мы все еще видим две составляющие.

Когда два массивных объекта собираются вместе, они при этом избавляются от некоторой материи. Итак, этот отброшенный материал позволяет предположить, что то, что мы наблюдали, является одним из самых отдаленных слияний за всю историю.

Телескоп Джеймса Уэбба — самый крупный и мощный инструмент такого рода, когда-либо запускавшийся в космос, — использует главное зеркало диаметром 6,5 метра, состоящее из 18 шестиугольных зеркал, покрытых слоем золота, для создания некоторых из древнейших изображений Вселенной. Изображение предоставлено: НАСА GSFC/CIL/Адриана Манрике Гутьеррес

Затем наше исследование углубилось, чтобы охарактеризовать скопления звезд, составляющие сливающиеся галактики. Используя JWST, мы смогли изучить Спектр галактикирасщепляет свет так же, как призма расщепляет белый свет на радугу.

При использовании только изображений большинство исследований этих очень далеких объектов показывают только очень молодые звезды, потому что более молодые звезды ярче и, следовательно, их свет доминирует в данных изображений.

Например, яркая молодая популяция, созданная в результате слияния галактик, возрастом менее нескольких миллионов лет, опережает старую популяцию, возраст которой уже превышает 100 миллионов лет.

с использованием Методика спектрального анализа Мы можем провести настолько подробные наблюдения, что можно различить эти две группы.

Новые модели ранней Вселенной

Столь большое старое население нельзя было ожидать, учитывая, как сформировались ранние звезды, чтобы стать достаточно старыми к этому космическому времени. Спектроскопия настолько детальна, что мы можем видеть тонкие особенности древних звезд, которые говорят нам, что там есть нечто большее, чем вы думаете.

Конкретные элементы, обнаруженные в спектре (включая кремний, углерод и железо), показывают, что эта более древняя популяция должна присутствовать, чтобы обогатить галактику множеством химических веществ.

Удивляет не только размер галактик, но и скорость, с которой они доросли до этого химически зрелого состояния.

Эти наблюдения предоставляют доказательства быстрой и эффективной аккреции звезд и металлов сразу после Большого взрыва, связанной с продолжающимися слияниями галактик, показывая, что массивные галактики, содержащие многие миллиарды звезд, существовали раньше, чем ожидалось.

Наблюдения свидетельствуют о быстрой и эффективной аккреции звезд и металлов сразу после Большого взрыва. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, Дженнифер Лутц (STScI), Мэтт Маунтин (STScI), Антон М. Койкиморе (STScI), Команда HFF (STScI)

Изолированные галактики создают свои популяции звезд На месте Однако из-за ограниченного запаса газа этот путь роста галактик может оказаться медленным.

Взаимодействия между галактиками могут привлекать новые потоки чистого газа, обеспечивая топливо, необходимое для быстрого звездообразования, а слияния обеспечивают более быстрый канал для аккреции и роста массы.

Самые большие галактики в нашей современной Вселенной имеют историю слияний, в том числе и нашей собственной. Млечный Путь Она выросла до своих нынешних размеров в результате последовательных слияний с меньшими галактиками.

Наблюдения Gz9p3 показывают, что галактики могли быстро накапливать массу в ранней Вселенной посредством слияний, при этом эффективность звездообразования была выше, чем мы ожидали.

Эти и другие наблюдения с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба побуждают астрофизиков пересмотреть свои модели ранних лет существования Вселенной.

Наша космология не обязательно ошибочна, но наше понимание того, как быстро формируются галактики, может быть ошибочным, потому что они намного больше, чем мы считали возможным.

Эти новые результаты появились вовремя, когда мы приближаемся к двухлетней отметке научных наблюдений, сделанных с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба.

По мере увеличения общего числа наблюдаемых галактик астрономы, изучающие раннюю Вселенную, переходят от фазы открытия к периоду, когда у нас будут достаточно большие образцы, чтобы начать строить и совершенствовать новые модели.

Никогда еще не было более захватывающего времени для понимания тайн ранней Вселенной.

Ссылка: «Массивная взаимодействующая галактика через 510 миллионов лет после Большого взрыва» Кристан Бойетт, Мишель Тринти, Ниша Литокавалит, Антонелло Калабро, Бенджамин Мета, Гвидо Робертс Борсани, Никколо Далмасо, Лилан Янг, Паола Сантини, Трио Томмазо, Такер Джонс. Алайна Генри, Шарлотта А. Мейсон, Такахиро Моришита, Темия Нанаяккара, Намрата Рой, Чен Ван, Адриано Фонтана, Эмилиано Мерлин, Марко Кастеллано, Диего Пэрис, Маруша Брадак, Мэтт Малкан, Данило Маркезини, Сара Массия, Карл Глезбрук, Лаура Пинтеричи. , Эрос Ванцелла и Бенедетта Вулкани, 7 марта 2024 г., Природная астрономия.
дои: 10.1038/s41550-024-02218-7

Исследование возглавила доктор Кейт Бойетт с командой, в которую входили профессора Майкл Тринити и Бенджамин Митха. Никколо Далмазо Также из Мельбурнского университета и Центр передового опыта ARC в области астрофизики всего неба в трех измерениях (ASTRO 3D). Создана международная исследовательская группа. 27 авторов из 19 учреждений Австралии, Таиланда, Италии, США, Японии, Дании и Китая.