Космическият телескоп Джеймс Уеб гледа към ранната вселена, виждайки галактики като нашия Млечен път

нови снимки от[{“ 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.

Тази симулация показва как се образуват звездни пръчки (вляво) и задвижвани от пръчки газови потоци (вдясно). Звездните ленти играят важна роля в галактическата еволюция, като насочват газ към централните региони на галактиката, където той бързо се превръща в нови звезди, 10 до 100 пъти по-бързо от скоростта в останалата част на галактиката. Лентите също косвено подпомагат образуването на свръхмасивни черни дупки в центровете на галактиките, като насочват газообразната част от пътя. Кредит: Франсоаз Комб, Парижка обсерватория

Откриването на решетки през тези ранни епохи разтърси сценариите за еволюцията на галактиките по няколко начина.

„Това ранно откриване на лентите означава, че моделите на еволюцията на галактиките вече имат нов път през лентите, за да ускорят производството на нови звезди в ранна възраст“, ​​каза Джоги.

И съществуването на тези ранни ленти предизвиква теоретичните модели, защото те трябва да коригират галактическата физика, за да предскажат правилното изобилие от ленти. Екипът ще тества различни модели в предстоящите си документи.

Монтаж от JWST изображения показва шест примера на галактики с прегради, две от които представляват най-високите времена за възстановяване, количествено определени и характеризирани до момента. Етикетите в горния ляв ъгъл на всяко число показват ретроградното време на всяка галактика, което варира от преди 8,4 до 11 милиарда години (Gyr), когато Вселената е била едва 40% до 20% от настоящата си възраст. Кредит: НАСА/CEERS/Тексаският университет в Остин

JWST може да разкрива структури в далечни галактики по-добре от Хъбъл по две причини: Първо, по-голямото му огледало му дава по-голяма способност за събиране на светлина, което му позволява да вижда по-далече и с по-висока резолюция. Второ, той може да вижда по-добре през праха, защото наблюдава при по-дълги инфрачервени дължини на вълната от телескопа Хъбъл.

Студентите Eden Wise и Zilei Chen изиграха важна роля в изследването чрез визуален преглед на стотици галактики, търсейки тези, които изглежда имат ленти, което помогна да се стесни списъкът до няколко десетки, така че други изследователи да могат да го анализират с по-интензивни изчисления . Приближава.

Референция: „Първи поглед към z > 1 ленти в останалата част от рамката в близката инфрачервена област с JWST ранни изображения на CEERS“ От Ючен Гуо, Шарда Джоджи, Стивън Л Финкелщайн, Зили Чен, Ейдън Вайс, Михаела П Багли, Гилермо Бароу, Стеген и Уитс, Дейл Д. Косевски, Джехан С. Карталтепе, Елизабет Дж. 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 Харо, Марк Дикинсън, Антон М. Коекемоер, Кейси Папович, Нор Пицкал, LY Аарон Юнг, Брен Е. Бакхаус, Ерик Ф. Бел, Антонело Калабро, Нико Г. Клиъри, Розмари Т. Коган, MC Купър, Лука Константин, Дарън Кротън, Келси Дейвис, Александър де ла Вега, Авишай Декел, Максимилиан Франко, Джонатан П. Гарднър, Бен У. Холверда, Тейлър А. Хътчисън, Вирадж Пандя, Пабло Г. Перес-Гонзалес, Свара Равиндранат, Кейтлин Роуз, Джонатан Р. Тръмп, Вейчен Уанг Прието, Astrophysical Journal Letters.
arXiv: 2210.08658

Други съавтори от университета в Остин са Стивън Финкелщайн, Михаела Багли и Максимилиан Франко. Десетки съавтори от други институции са от Съединените щати, Обединеното кралство, Япония, Испания, Франция, Италия, Австралия и Израел.

Финансирането за това изследване беше осигурено отчасти от фондацията Roland K. Blumberg в областта на астрономията, фондацията Heising-Simons и НАСА. Тази работа се основава на ресурси в Тексаския център за напреднали изчисления, включително Frontera, най-мощният суперкомпютър в американски университет.