Nowe zdjęcia Webba ilustrują powstawanie galaktycznego tłumu

Zespół naukowców publikuje artykuł oparty na nowych zdjęciach uchwyconych przez Teleskop Kosmiczny Webba. Obrazy ujawniają gęstą koncentrację materii we wczesnym Wszechświecie, co może wskazywać na wczesne etapy formowania się gromady galaktyk. Dzięki istniejącemu spektrometrowi Webb był w stanie potwierdzić, że wiele galaktyk sfotografowanych wcześniej przez Hubble’a również było częścią gromady. Śledził nawet przepływ gazu emitowanego z największej istniejącej galaktyki.

rysunek widma

Głównymi urządzeniami do tej pracy są NIRSpec i spektrometr bliskiej podczerwieni Jest to część zestawu narzędzi Webb. Chociaż samo narzędzie jest dość zaawansowane, działa na ważnych zasadach, takich jak aparat telefonu komórkowego.

W tych kamerach konsumenckich czujniki rejestrują jasność trzech różnych obszarów widma widzialnego: czerwonego, zielonego i niebieskiego. Powstałe obrazy są tworzone przez połączenie tych informacji, przy czym różne obszary obrazu mają odrębną intensywność dla każdego z tych kolorów.

Spektrofotometr działa również śledząc natężenie światła w ograniczonym obszarze widma. Główna różnica polega na tym, że segmenty obrazowanego widma są znacznie mniejsze niż pełny zakres kolorów, takich jak niebieski. I w tym przypadku nie są one w ogóle częścią kolorów – wszystkie długości fal znajdują się w zakresie podczerwieni widma. Jednak podobnie jak obrazy RGB wytwarzane przez kamerę, każda część widma może być analizowana indywidualnie lub łączona w cały obraz „kolorowy”, który obejmuje szeroki zakres widma.

Dlaczego spektrofotometr jest przydatny do oglądania odległych obiektów? Istnieją dwie metody, które miały kluczowe znaczenie dla tego badania. Po pierwsze, światło z wczesnego wszechświata zmienia kolor na czerwony z powodu rozszerzania się wszechświata podczas podróży na Ziemię. Tak więc energetyczne fotony o długościach fal, takich jak ultrafiolet, są stopniowo rozciągane, aż zostaną zarejestrowane przez Webba jako fotony podczerwone. Dokładna wiedza o tym, jak bardzo są one rozciągnięte, mówi nam o odległości od obiektów, a aby to określić, musimy znać obecną długość fali. Spektrometr dostarcza tych informacji.

Drugą ważną funkcją, jaką zapewnia spektrometr, jest śledzenie poruszających się materiałów. Wszystkie elementy mają zestaw określonych długości fal, przy których emitowane jest światło. Ale jeśli są w ruchu względem obserwatora, ta długość fali jest albo czerwona – albo niebieska z powodu efektu Dopplera, który nieznacznie zmienia długość fali (ten efekt byłby dodatkiem do przesunięcia ku czerwieni spowodowanego odległością). Tak więc identyfikując emisje danego pierwiastka i obserwując, jak się przemieszczają, możemy śledzić ruch tych atomów, nawet na ogromne odległości.

Aktywna galaktyka w gęstej gromadzie

Do nowej pracy Webb został skierowany do tak zwanego kwazara, czyli aktywnego jądra galaktycznego. Jest niesamowicie jasna, ponieważ całe światło wytwarzane przez materię krąży wokół supermasywnych czarnych dziur w centrum galaktyk. W tym przypadku kwazar, nazwany J1652, został zidentyfikowany jako bardzo czerwony, co wskazuje, że jego światło zmieniło się silnie na czerwony, a zatem zobaczymy go takim, jakim był we wczesnym Wszechświecie.

Obrazowanie Webba potwierdziło, że czerwony kolor J1652 był spowodowany dużym przesunięciem ku czerwieni; Przesunięcie ku czerwieni miało wartość z 3, co oznacza, że ​​galaktykę uważa się za istniejącą ponad 11 miliardów lat temu. Uważa się, że był to krytyczny czas w ewolucji galaktyki, kiedy masywne energie emitowane przez supermasywne czarne dziury zaczęły wyrzucać materię tworzącą gwiazdy z galaktyki, kładąc kres formowaniu się gwiazd.

Innym uderzającym wynikiem danych spektroskopowych jest to, że co najmniej trzy inne obiekty wykryte w tym samym regionie na obrazach Hubble’a wydają się mieć takie samo przesunięcie ku czerwieni. Oznacza to, że są to dodatkowe galaktyki w bliskiej odległości od J1652. Biorąc pod uwagę, że cały sfotografowany obszar obejmuje 85 000 lat świetlnych, oznacza to bardzo dużą koncentrację galaktyk. (Dla porównania, Droga Mleczna ma ponad 100 000 lat świetlnych średnicy, chociaż jest znacznie większa niż te wczesne galaktyki.)

Oprócz potwierdzenia odległości, dane Webba umożliwiły naukowcom śledzenie zjonizowanych atomów tlenu, które są emitowane na odpowiedniej długości fali. Widoczne w tych danych przesunięcia w kolorze czerwonym i niebieskim pokazują, że kwazar wyrzuca materię z grubsza w kierunku Ziemi i w przeciwnym kierunku, co jest zgodne z dwoma dżetami, które często powstają z czarnych dziur. Duża ilość wyrzuconej materii jest również zgodna z ideą, że formowanie się kwazarów może położyć kres formowaniu się gwiazd poprzez wyrzucenie surowca.

Jednak badacze wydają się bardziej zainteresowani ekstremalnie dużą gęstością galaktyk w tym regionie. Na podstawie ilości obecnej materii naukowcy dokonali ekstrapolacji ilości ciemnej materii i doszli do wniosku, że jest to obszar wszechświata tak gęsty, jak sobie do tej pory wyobrażaliśmy, który według nich jest produktem fuzji dwóch różnych materii . aury;

plik arXiv. Numer abstraktu: 2210.10074 (O arXiv). Do publikacji w Astrophysical Journal Letters.