Korzystając z Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba (JWST), naukowcy z kanadyjskiego zespołu NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS) zidentyfikowali najbardziej odległe gromady kuliste, jakie kiedykolwiek odkryto. Te gęste grupy milionów gwiazd mogą być reliktami zawierającymi pierwsze i najstarsze gwiazdy we wszechświecie.
Wczesna analiza obrazu Webba First Deep Field, który przedstawia niektóre z najwcześniejszych galaktyk we Wszechświecie, została opublikowana dzisiaj w The Astrophysical Journal Letters.
„JWST został zbudowany, aby znaleźć pierwsze gwiazdy i pierwsze galaktyki, a także pomóc nam zrozumieć pochodzenie złożoności we wszechświecie, takie jak pierwiastki chemiczne i cegiełki życia” – mówi Lamiya Mowla, członek Dunlap Fellow w Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics na Uniwersytecie w Toronto i współautor badania. „To odkrycie w pierwszym głębokim polu Webba już dostarcza szczegółowego spojrzenia na najwcześniejszą fazę formowania się gwiazd, potwierdzając niesamowitą moc JWST”.
Na bardzo szczegółowym obrazie Pierwszego Głębokiego Pola Webba naukowcy skupili się na tym, co nazwali “galaktykiem Sparklera”, odległą o dziewięć miliardów lat świetlnych. Ta galaktyka ma swoją nazwę od zwartych obiektów, które wyglądają jak otaczające ją małe żółto-czerwone kropki, które naukowcy określają mianem „błysków”. Zespół założył, że te iskierki mogą być albo młodymi gromadami aktywnie tworzącymi gwiazdy – urodzonymi trzy miliardy lat po Wielkim Wybuchu, w szczytowym momencie formowania się gwiazd – albo starymi gromadami kulistymi. Gromady kuliste to starożytne kolekcje gwiazd z okresu niemowlęctwa galaktyki zawierające wskazówki dotyczące najwcześniejszych faz formowania i wzrostu.
Na podstawie wstępnej analizy 12 z tych zwartych obiektów naukowcy ustalili, że pięć z nich to nie tylko gromady kuliste, ale jedne z najstarszych znanych.
„Patrzenie na pierwsze zdjęcia z JWST i odkrycie starych gromad kulistych wokół odległych galaktyk było niesamowitym momentem, który nie był możliwy w przypadku poprzedniego obrazowania z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a” – mówi Kartheik G. Iyer, członek Dunlap Fellow w Dunlap Institute for Astronomy. Astrofizyka na Uniwersytecie w Toronto i współautor badania. „Ponieważ mogliśmy obserwować iskierki na różnych długościach fal, mogliśmy je modelować i lepiej zrozumieć ich właściwości fizyczne, takie jak wiek i ilość gwiazd, które zawierają. Mamy nadzieję, że wiedza, że gromady kuliste można obserwować z tak wielkich odległości z JWST pobudzą dalszą naukę i poszukiwania podobnych obiektów.”
Galaktyka Drogi Mlecznej ma około 150 gromad kulistych, a jak i kiedy dokładnie powstały te gęste skupiska gwiazd, nie jest dobrze poznane. Astronomowie wiedzą, że gromady kuliste mogą być bardzo stare, ale pomiar ich wieku jest niezwykle trudny. Wykorzystanie bardzo odległych gromad kulistych do datowania pierwszych gwiazd w odległych galaktykach nie było wcześniej stosowane i jest możliwe tylko w przypadku JWST.
„Te nowo zidentyfikowane gromady powstały blisko pierwszego momentu, w którym możliwe było powstanie gwiazd” – mówi Mowla. „Ponieważ galaktyka Sparkler znajduje się znacznie dalej niż nasza Droga Mleczna, łatwiej jest określić wiek jej gromad kulistych. -pół miliarda lat, patrząc na coś, co wydarzyło się dawno temu. Pomyśl o tym jako o zgadywaniu wieku osoby na podstawie jej wyglądu – łatwo jest odróżnić 5- i 10-latka, ale trudno to odróżnić 50- i 55-latka.”
Do tej pory astronomowie nie mogli zobaczyć otaczających zwartych obiektów galaktyki Sparkler za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a (HST). Zmieniło się to wraz ze zwiększoną rozdzielczością i czułością JWST, odsłaniając po raz pierwszy maleńkie kropki otaczające galaktykę na zdjęciu Webba First Deep Field. Galaktyka Sparklera jest wyjątkowa, ponieważ jest powiększona 100-krotnie dzięki efektowi zwanemu soczewkowaniem grawitacyjnym – gdzie gromada galaktyk SMACS 0723 na pierwszym planie zniekształca to, co jest za nią, podobnie jak gigantyczne szkło powiększające. Co więcej, soczewkowanie grawitacyjne wytwarza trzy oddzielne obrazy Sparklera, umożliwiając astronomom dokładniejsze badanie galaktyki.
„Nasze badanie Sparklera podkreśla ogromną moc łączenia unikalnych możliwości JWST z naturalnym powiększeniem zapewnianym przez soczewkowanie grawitacyjne” – mówi kierownik zespołu CANUCS, Chris Willott z Centrum Badań Astronomii i Astrofizyki Herzberga w National Research Council. „Zespół jest podekscytowany kolejnymi odkryciami, gdy w przyszłym miesiącu JWST zwróci uwagę na gromady galaktyk CANUCS”.
Naukowcy połączyli nowe dane z kamery bliskiej podczerwieni JWST (NIRCam) z danymi archiwalnymi HST. Kamera NIRCam wykrywa słabe obiekty przy użyciu dłuższych i bardziej czerwonych długości fal, aby obserwować poza tym, co jest widoczne dla ludzkiego oka, a nawet HST. Oba powiększenia wynikające z soczewkowania przez gromadę galaktyk oraz wysoka rozdzielczość JWST umożliwiły obserwację zwartych obiektów.
Kanadyjski instrument Near-Infrared Imager i Slitless Spectrograph (NIRISS) na JWST dostarczył niezależnego potwierdzenia, że obiekty są starymi gromadami kulistymi, ponieważ naukowcy nie zaobserwowali linii emisji tlenu – emisji z mierzalnymi widmami emitowanymi przez młode gromady, które aktywnie tworząc gwiazdy. NIRISS pomogła również rozwikłać geometrię trójsoczewkowych obrazów Sparklera.
„Instrument NIRISS made-in-Canada JWST pomógł nam zrozumieć, w jaki sposób trzy obrazy Sparklera i jego gromad kulistych są połączone” – mówi Marcin Sawicki, Canada Research Chair in Astronomy, profesor na Saint Mary’s University i współautor badania. . „Widząc kilka sfotografowanych trzykrotnie gromad kulistych Sparklera, stało się jasne, że krążą one wokół galaktyki Sparkler, a nie są po prostu przypadkowo przed nią”.
JWST będzie obserwować pola CANUCS od października 2022 roku, wykorzystując dane JWST do zbadania pięciu masywnych gromad galaktyk, wokół których naukowcy spodziewają się znaleźć więcej takich układów. Przyszłe badania będą również modelować gromadę galaktyk, aby zrozumieć efekt soczewkowania i przeprowadzić dokładniejsze analizy w celu wyjaśnienia historii powstawania gwiazd.
Instytucje współpracujące obejmują Uniwersytet York oraz instytucje w Stanach Zjednoczonych i Europie. Badania były wspierane przez Kanadyjską Agencję Kosmiczną oraz Kanadyjską Radę Badań Nauk Przyrodniczych i Inżynieryjnych.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez uniwersytet w Toronto. Oryginał napisany przez Josslyna Johnstone’a. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.