Вебб розкриває гіганта раннього Всесвіту

Детальні зображення однієї з перших галактик показують, що ріст раннього Всесвіту був набагато швидшим, ніж вважалося спочатку.

Зараз астрономи переживають плідний період відкриттів, досліджуючи багато таємниць раннього Всесвіту.

Успішний запуск космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), наступника космічного телескопа Хаббла NASA, розсунув межі того, що ми можемо побачити.

Спостереження зараз починаються з перших 500 мільйонів років після Великого вибуху, коли вік Всесвіту становив менше п’яти відсотків свого нинішнього віку. Для людей цей час впевнено переведе Всесвіт у стадію малюка.

Проте галактики, які ми спостерігаємо, безумовно, не є інфантильними, оскільки нові спостереження показують галактики, які є більш масивними та зрілими, ніж очікувалося раніше, у такий ранній час, допомагаючи переписати наше розуміння формування та еволюції галактик.

Наша міжнародна дослідницька група нещодавно провела безпрецедентні детальні спостереження однієї з найстаріших відомих галактик – під назвою Gz9p3, тепер опублікована в Астрономія природи.

Його назва походить від Колаборація зі скла (назва нашої міжнародної дослідницької групи) і той факт, що галактика має червоне зміщення z=9,3, де червоне зміщення є одним із способів описати відстань до об’єкта – отже, G і z9p3.

Gz9p3, найяскравіша об’єднана галактика, відома за перші 500 мільйонів років існування Всесвіту (спостереження космічного телескопа Джеймса Вебба). Зліва: живе зображення показує подвійне ядро ​​в центральній області. Праворуч: легкі елементи поперечного перерізу показують витягнуту, грудкувату структуру, яка є результатом злиття галактик. Авторство: NASA

Лише два роки тому Gz9p3 з’явився як єдина точка світла Космічний телескоп Хаббл. Але використовуючи Космічний телескоп Джеймса Вебба Ми можемо спостерігати цей об’єкт таким, яким він був через 510 мільйонів років великий вибухприблизно 13 мільярдів років тому.

Ми виявили, що Gz9p3 був більш масивним і зрілим, ніж очікувалося для такого молодого Всесвіту, і дійсно містив кілька мільярдів зірок.

Безперечно, це був наймасивніший об’єкт, підтверджений з того часу, і, за підрахунками, був у десять разів більший за будь-яку іншу галактику, виявлену в ранньому Всесвіті.

Разом ці результати свідчать про те, що для того, щоб галактика досягла такого розміру, зірки повинні розвиватися швидше та ефективніше, ніж ми спочатку думали.

Злиття найвіддаленіших галактик у ранньому Всесвіті

Gz9p3 не тільки масивний, його складна форма одразу ідентифікує його як одне з найдавніших злиттів галактик, які коли-небудь бачили.

JWST-зображення галактики демонструє морфологію, яка зазвичай пов’язана з двома взаємодіючими галактиками. Злиття не завершено, тому що ми все ще бачимо дві складові.

Коли два масивних об’єкти об’єднуються таким чином, вони позбавляються від деякої речовини в процесі. Отже, цей викинутий матеріал свідчить про те, що те, що ми спостерігали, є одним із найвіддаленіших злиттів за всю історію.

Телескоп Джеймса Вебба — найбільший і найпотужніший інструмент такого типу, коли-небудь запущений у космос — використовує 6,5-метрове головне дзеркало, виготовлене з 18 шестикутних дзеркал, покритих шаром золота, для створення одних із найдавніших зображень Всесвіту. Автор зображення: NASA GSFC/CIL/Адріана Манріке Гутьєррес

Далі наше дослідження пішло глибше, щоб охарактеризувати скупчення зірок, які складають галактики, що зливаються. Використовуючи JWST, ми змогли перевірити Спектр галактикирозділяє світло так само, як призма розділяє біле світло на веселку.

Якщо використовувати тільки зображення, більшість досліджень цих дуже віддалених об’єктів показують лише дуже молоді зірки, тому що молодші зірки яскравіші, і тому їх світло домінує в даних зображення.

Наприклад, яскрава молода популяція, створена галактичним злиттям, віком менше кількох мільйонів років, випереджає старшу популяцію, якій уже понад 100 мільйонів років.

використовуючи Техніка спектрального аналізу Ми можемо зробити такі детальні спостереження, що можна розрізнити дві групи.

Нові моделі раннього Всесвіту

Не можна було очікувати такої великої старшої популяції, враховуючи те, як утворилися ранні зірки, щоб досягти достатнього віку до цього космічного часу. Спектроскопія настільки детальна, що ми можемо побачити тонкі особливості стародавніх зірок, які говорять нам, що там є більше, ніж ви думаєте.

Специфічні елементи, виявлені в спектрі (включаючи кремній, вуглець і залізо), показують, що ця старша популяція повинна бути присутня, щоб збагатити галактику великою кількістю хімічних речовин.

Дивує не лише розмір галактик, а й швидкість, з якою вони виросли до цього хімічно зрілого стану.

Ці спостереження надають докази швидкої та ефективної аккреції зірок і металів одразу після Великого вибуху, пов’язаного з триваючим злиттям галактик, показуючи, що масивні галактики, що містять багато мільярдів зірок, існували раніше, ніж очікувалося.

Спостереження надають докази швидкої та ефективної акреції зірок і металів одразу після Великого вибуху. Автор зображення: NASA, ESA, Дженніфер Лутц (STScI), Метт Маунтін (STScI), Антон М. Койкімор (STScI), команда HFF (STScI)

Ізольовані галактики утворюють свої популяції зірок На сайті Однак через обмежені запаси газу галактики можуть рости повільно.

Взаємодія між галактиками може залучати нові потоки чистого газу, забезпечуючи паливо, необхідне для швидкого утворення зірок, а злиття забезпечують більш швидкий канал для нарощування маси та зростання.

Найбільші галактики в нашому сучасному Всесвіті мають історію злиття, включно з нашою Чумацький шлях Вона зросла до теперішнього розміру завдяки послідовним злиттям з меншими галактиками.

Ці спостереження Gz9p3 показують, що галактики були здатні швидко накопичувати масу в ранньому Всесвіті через злиття, при цьому ефективність утворення зірок була вищою, ніж ми очікували.

Ці та інші спостереження за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба спонукають астрофізиків переглянути свої моделі ранніх років існування Всесвіту.

Наша космологія не обов’язково помилкова, але наше розуміння того, як швидко утворюються галактики, може бути неправильним, оскільки вони набагато більші, ніж ми вважали можливими.

Ці нові відкриття з’явилися вчасно, оскільки ми наближаємося до двох років наукових спостережень, зроблених за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба.

Оскільки загальна кількість спостережуваних галактик зростає, астрономи, які вивчають ранній Всесвіт, переходять від фази відкриття до періоду, коли ми маємо достатньо великі зразки, щоб почати будувати та вдосконалювати нові моделі.

Ніколи не було більш захоплюючого часу, щоб зрозуміти таємниці раннього Всесвіту.

Довідка: «Масивна взаємодіюча галактика через 510 мільйонів років після Великого вибуху» Крістан Бойетт, Мікеле Трінті, Ніша Літокаваліт, Антонелло Калабро, Бенджамін Мета, Гвідо Робертс Борсані, Нікколо Далмазо, Лілан Янг, Паола Сантіні, Томмазо Тріо, Такер Джонс. Алейна Генрі, Шарлотта А. Мейсон, Такахіро Морішіта, Темія Нанаяккара, Намрата Рой, Чен Ван, Адріано Фонтана, Еміліано Мерлін, Марко Кастеллано, Дієго Паріс, Маруша Брадак, Метт Малкан, Данило Маркезіні, Сара Маскіа, Карл Глезбрук, Лаура Пінтерічі. , Ерос Ванцелла та Бенедетта Вулкані, 7 березня 2024 р. Астрономія природи.
doi: 10.1038/s41550-024-02218-7

Дослідження проводилося під керівництвом доктора Кейт Бойетт разом із командою професорів Майкла Трініті та Бенджаміна Міти. Нікколо Дальмазо Також з Університету Мельбурна та ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D). Сформована міжнародна дослідницька група 27 авторів із 19 установ Австралії, Таїланду, Італії, США, Японії, Данії та Китаю.