Космічний телескоп Джеймса Вебба дивиться в ранній Всесвіт, бачачи галактики, подібні до нашого Чумацького Шляху

нові фото з[{” 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.

Ця симуляція показує, як утворюються зоряні стрижні (ліворуч) і потоки газу, що рухаються стрижнями (праворуч). Зоряні смуги відіграють важливу роль у галактичній еволюції, направляючи газ у центральні регіони галактики, де він швидко перетворюється на нові зірки, у 10-100 разів швидше, ніж це відбувається в решті галактики. Смуги також опосередковано сприяють утворенню надмасивних чорних дір у центрах галактик, направляючи газоподібну частину шляху. Авторство зображення: Франсуаза Комб, Паризька обсерваторія

Відкриття барів у ці ранні періоди декількома способами змінило сценарії еволюції галактик.

«Це раннє виявлення смуг означає, що моделі еволюції галактик тепер мають новий шлях через смуги, щоб прискорити виробництво нових зірок у ранньому віці», — сказав Джогі.

І існування цих ранніх смуг кидає виклик теоретичним моделям, оскільки вони потребують корекції галактичної фізики, щоб передбачити правильну кількість смуг. Команда тестуватиме різні моделі в своїх майбутніх роботах.

Монтаж зображень JWST показує шість прикладів галактик із смужками, дві з яких представляють найвищий час відновлення, визначений і охарактеризований на сьогоднішній день. Мітки у верхньому лівому куті кожної цифри показують ретроградний час кожної галактики, який коливається від 8,4 до 11 мільярдів років тому (Гр), коли вік Всесвіту становив лише 40-20% свого поточного віку. Авторство: NASA/CEERS/Техаський університет в Остіні

JWST може виявляти структури у далеких галактиках краще, ніж Хаббл, з двох причин: по-перше, його велике дзеркало дає йому більшу здатність збирати світло, дозволяючи йому бачити далі та з вищою роздільною здатністю. По-друге, він може краще бачити крізь пил, оскільки спостерігає на більших інфрачервоних хвилях, ніж телескоп Хаббла.

Студенти Іден Уайз і Зілей Чен зіграли важливу роль у дослідженні, візуально проаналізувавши сотні галактик, шукаючи ті, у яких, здавалося, були стовпчики, що допомогло звузити список до кількох десятків, щоб інші дослідники могли проаналізувати його за допомогою більш інтенсивних обчислень. . Наближається.

Довідка: «Перший погляд на z > 1 Bars у решті кадру ближнього інфрачервоного діапазону з ранніми зображеннями CEERS JWST» Ючен Гуо, Шарда Джоджі, Стівен Л. Фінкельштейн, Зілі Чен, Ейден Вайс, Мікаела П. Беглі, Гільєрмо Барроу, Стеген і Віттс, Дейл Д. Косевскі, Джехан С. Карталтепе, Елізабет Дж. МакГрат, Генрі К. Фергюсон, Бахрам Мобакер, Мауро Джавалеску, Рей А. Лукас, Джордж А. Завала, Дженніфер М. Лутц, Норман А. Грожан, Марк Уертас-Компані, Хесус Вега-Ферреро, Німіш П. Хаті, Пабло Аррабал Харо, Марк Дікінсон, Антон М. Кукемоер, Кейсі Папович, Нор Пірскал, Л. Й. Аарон Юнг, Брен Е. Бекхауз, Ерік Ф. Белл, Антонелло Калабро, Нікко Г. Клірі, Розмарі Т. Коган, MC Купер, Лука Константін, Даррен Кротон, Келсі Девіс, Александр де ла Вега, Авішай Декел, Максиміліан Франко, Джонатан П. Гарднер, Бен В. Холверда, Тейлор А. Хатчісон, Вірадж Пандья, Пабло Г. Перес-Гонсалес, Свара Равіндранат, Кейтлін Роуз, Джонатан Р. Трамп, Вейчен Ван Прийняв, Листи астрофізичного журналу.
arXiv: 2210.08658

Іншими співавторами з Університету Остіна є Стівен Фінкельштейн, Мікаела Беглі та Максиміліан Франко. Десятки співавторів з інших установ походять із Сполучених Штатів, Великобританії, Японії, Іспанії, Франції, Італії, Австралії та Ізраїлю.

Фінансування цього дослідження було частково надано Фондом астрономії Роланда К. Блумберга, Фондом Гейзінга-Саймонса та NASA. Для цієї роботи були використані ресурси Техаського центру передових обчислень, зокрема Frontera, найпотужніший суперкомп’ютер в американському університеті.