Космическият телескоп Джеймс Уеб открива най-отдалечените галактики

Разширеното дълбоко извънгалактично изследване на JWST (JADES) се фокусира върху региона в и около ултрадълбокото поле на космическия телескоп Хъбъл. Използвайки инструмента NIRCam на Webb, учените наблюдаваха полето в девет различни инфрачервени диапазона на дължина на вълната. От тези изображения (показани вляво) екипът търси слаби галактики, които се виждат в инфрачервения спектър, но чиито спектри внезапно прекъсват при критична дължина на вълната, известна като фрактурата на Лайман. След това инструментът Webb NIRSpec предостави точно измерване на червеното отместване за всяка галактика (показано вдясно). Четири от изследваните галактики са особено специални, тъй като беше разкрито, че са в безпрецедентно ранна ера. Тези галактики датират по-малко от 400 милиона години след Големия взрив, когато Вселената е била само 2% от сегашната си възраст. Във фоновото изображение синьото представлява светлина при 1,15 микрона (115 W), зеленото е 2,0 микрона (200 W), а червеното е 4,44 микрона (444 W). В изрязаните изображения синьото е 0,9 и 1,15 μm (090 W + 115 W), зеленото е 1,5 μm и 2,0 μm (150 W + 200 W), а червеното е 2,0, 2,77 и 4,44 μm (200 W + 277 W + 444 W). С уважение към: NASA, ESA, CSA, STScI, М. Замани (ESA/Webb) и Л. Хустак (STScI). Науки: Б. Робъртсън (UCSC), С. Такчела (Кеймбридж), Е. Къртис-Лейк (Хартфордшир), С. Карниани (Scuola Normale Superiore) и сътрудничество на JADES

Астрономите съобщават за най-отдалечените известни галактики, които са открити и потвърдени от JWST.

Международен екип от астрономи откри най-старите и най-отдалечени галактики, потвърдени до момента, използвайки данни от космическия телескоп Джеймс Уеб (JWST). Телескопът е уловил светлината, излъчвана от тези галактики преди повече от 13,4 милиарда години, което означава, че галактиките датират по-малко от 400 милиона години след Големия взрив, когато Вселената е била само 2% от сегашната си възраст.

Първоначалните наблюдения от JWST дадоха няколко кандидат-галактики на големи разстояния, както и предишни наблюдения с космическия телескоп Хъбъл. Сега четири от тези цели са потвърдени чрез получени дълги спектроскопски наблюдения, които не само осигуряват безопасни измервания на техните разстояния, но също така позволяват на астрономите да характеризират физическите свойства на галактиките.

„Открихме галактики във фантастично ранни времена в далечната вселена“, каза Брант Робъртсън, професор по астрономия и астрофизика в Калифорнийския университет в Санта Круз. „С JWST за първи път вече можем да намерим толкова далечни галактики и след това да потвърдим със спектроскопия, че те наистина са далече.“

Астрономите измерват разстоянието до галактика, като определят нейното червено отместване. Поради разширяването на Вселената изглежда, че далечните обекти се отдалечават от нас и светлината им се разтяга до по-дълги, по-червени дължини на вълната от ефекта на Доплер. Фотометричните техники, базирани на изображения, заснети чрез различни филтри, могат да осигурят оценки на червеното отместване, но окончателните измервания изискват спектроскопия, която разделя светлината от обект на компонентни дължини на вълната.

(Щракнете върху изображението, за да видите пълната графика.) Вселената се разширява и това разширяване е разширяване на светлината, която пътува през космоса във феномен, известен като космическо червено отместване. Колкото по-голямо е червеното отместване, толкова по-голямо е разстоянието, което е изминала светлината. В резултат на това са необходими телескопи с инфрачервени детектори, за да се види светлината от първите и най-отдалечени галактики. С уважение към: NASA, ESA и L. Hustak (STSci)

Новите резултати се фокусират върху четири галактики с червено отместване по-високо от 10. Две галактики, първоначално наблюдавани от Хъбъл, потвърдиха червени отмествания от 10,38 и 11,58. Двете най-отдалечени галактики, и двете открити в изображенията на JWST, имат червено отместване от 13,20 и 12,63, което ги прави най-отдалечените галактики, потвърдени от спектроскопия до момента. Червено отместване от 13,2 съответства на около 13,5 милиарда години.

„Те са много по-далеч, отколкото сме си представяли, че ще бъдат открити преди JWST“, каза Робъртсън. При червено отместване 13 Вселената е само на 325 милиона години.

Робъртсън и Ема Къртис Лейк от университета в Хертфордшир (Обединеното кралство) са водещите автори на две статии за открития, които все още не са преминали през процеса на рецензия от партньори (вижте връзките по-долу).

Наблюденията са резултат от сътрудничеството на учени, които ръководят разработването на два от бордовите инструменти на Webb, близката инфрачервена камера (NIRCam) и близката инфрачервена спектрорадиометър (NIRSpec). Търсенето на по-слаби, по-стари галактики беше основният двигател в концепциите за тези инструменти. През 2015 г. екипите от инструментите се обединиха, за да предложат JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), амбициозна програма, която отне малко повече от един месец време на телескопа и е предназначена да предостави изглед на ранната вселена на безпрецедентна дълбочина. и подробности. JADES е международно сътрудничество на повече от осемдесет астрономи от десет страни.

„Тези резултати са кулминацията на причината, поради която екипът на NIRCam и NIRSpec се събраха, за да изпълнят тази програма за мониторинг“, каза Марсия Рике, главен изследовател на NIRCam в Университета на Аризона.

Програмата JADES започна с NIRCam, използвайки повече от 10 дни мисия, за да наблюдава малка част от небето в и около ултрадълбокото поле на Хъбъл. Астрономите изучават този регион повече от 20 години, използвайки почти всички големи телескопи. Екипът на JADES наблюдава полето в девет различни диапазона от инфрачервени дължини на вълните, заснемайки забележителни изображения, които разкриват близо 100 000 далечни галактики, милиарди светлинни години всяка.

След това екипът използва спектрометъра NIRSpec за един период на наблюдение от три дни, за да събере светлина от 250 слаби галактики. Това доведе до точни измервания на червеното отместване и разкри свойствата на газа и звездите в тези галактики.

„С тези измервания можем да научим присъщата яркост на галактиките и да разберем колко звезди имат“, каза Робъртсън. „Сега наистина можем да започнем да картографираме как галактиките се събират с течение на времето.“

Съавторът Сандро Текила от университета в Кеймбридж в Обединеното кралство добави: „Трудно е да разберем галактиките, без да разберем началните периоди на тяхната еволюция. Както при хората, голяма част от това, което се случва по-късно, зависи от влиянието на тези ранни поколения звезди . Много въпроси за галактиките очакват трансформиращата възможност.“ Уеб, ние сме развълнувани, че можем да участваме в разкриването на тази история.“

Според Робъртсън образуването на звезди в тези ранни галактики би започнало приблизително 100 милиона години преди епохата, в която са били наблюдавани, което измества образуването на първите звезди до около 225 милиона години след това.[{“ attribute=““>Big Bang.

“We are seeing evidence of star formation about as early as we could expect based on our models of galaxy formation,” he said.

Other teams have identified candidate galaxies at even higher redshifts based on photometric analyses of JWST images, but these have yet to be confirmed by spectroscopy. JADES will continue in 2023 with a detailed study of another field, this one centered on the iconic Hubble Deep Field, and then a return to the Ultra Deep Field for another round of deep imaging and spectroscopy. Many more candidates in the field await spectroscopic investigation, with hundreds of hours of additional time already approved.

For more on this research, see NASA’s Webb Space Telescope Discovers Earliest Galaxies in the Universe.

References:

“Discovery and properties of the earliest galaxies with confirmed distances” by B. E. Robertson, S. Tacchella, B. D. Johnson, K. Hainline, L. Whitler, D. J. Eisenstein, R. Endsley, M. Rieke, D. P. Stark, S. Alberts, A. Dressler, E. Egami, R. Hausen, G. Rieke, I. Shivaei, C. C. Williams, C. N. A. Willmer, S. Arribas g, N. Bonaventura, A. Bunker, A. J. Cameron, S. Carniani, S. Charlot, J. Chevallard, M. Curti, E. Curtis-Lake, F. D’Eugenio, P. Jakobsen, T. J. Looser, N. Lützgendorf, R. Maiolino, M. V. Maseda, T. Rawle, H.-W. Rix, R. Smit, H. Übler, C. Willott, J. Witstok, S. Baum, R. Bhatawdekar, K. Boyett, Z. Chen, A. de Graaff, M. Florian, J. M. Helton, R. E. Hviding, Z. Ji, N. Kumari, J. Lyu, E. Nelson, L. Sandles, A. Saxena, K. A. Suess, F. Sun, M. Topping and I. E. B. Wallace, 17 November 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04480

“Spectroscopic confirmation of four metal-poor galaxies at z=10.3-13.2” by Emma Curtis-Lake, Stefano Carniani, Alex Cameron, Stephane Charlot, Peter Jakobsen, Roberto Maiolino, Andrew Bunker, Joris Witstok, Renske Smit, Jacopo Chevallard, Chris Willott, Pierre Ferruit, Santiago Arribas, Nina Bonaventura, Mirko Curti, Francesco D’Eugenio, Marijn Franx, Giovanna Giardino, Tobias J. Looser, Nora Lützgendorf, Michael V. Maseda, Tim Rawle, Hans-Walter Rix, Bruno Rodriguez del Pino, Hannah Übler, Marco Sirianni, Alan Dressler, Eiichi Egami, Daniel J. Eisenstein, Ryan Endsley, Kevin Hainline, Ryan Hausen, Benjamin D. Johnson, Marcia Rieke, Brant Robertson, Irene Shivaei, Daniel P. Stark, Sandro Tacchella, Christina C. Williams, Christopher N. A. Willmer, Rachana Bhatawdekar, Rebecca Bowler, Kristan Boyett, Zuyi Chen, Anna de Graaff, Jakob M. Helton, Raphael E. Hviding, Gareth C. Jones, Nimisha Kumari, Jianwei Lyu, Erica Nelson, Michele Perna, Lester Sandles, Aayush Saxena, Katherine A. Suess, Fengwu Sun, Michael W. Topping, Imaan E. B. Wallace and Lily Whitler, 8 December 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04568