Noile fotografii ale lui Webb luminează formarea unei mulțimi galactice

O echipă de cercetători publică o lucrare bazată pe noi imagini capturate de telescopul spațial Webb. Imaginile dezvăluie o concentrație densă de materie în universul timpuriu, ceea ce poate indica etapele incipiente ale formării unui cluster de galaxii. Datorită spectrometrului existent, Webb a putut să confirme că multe dintre galaxiile fotografiate anterior de Hubble făceau și ele parte din cluster. A urmărit chiar și fluxul de gaz emis din cea mai mare galaxie existentă.

desenul spectrului

Dispozitivele principale pentru această lucrare sunt NIRSpec și spectrometru în infraroșu apropiat Aceasta face parte din setul de instrumente Webb. Deși instrumentul în sine este destul de avansat, funcționează pe principii importante pentru a opera lucruri precum camera telefonului mobil.

În aceste camere pentru consumatori, senzorii înregistrează luminozitatea a trei regiuni diferite ale spectrului vizibil: roșu, verde și albastru. Imaginile rezultate sunt create prin combinarea acestor informații, diferite zone ale imaginii având o intensitate distinctă pentru fiecare dintre aceste culori.

Spectrofotometrul funcționează și prin urmărirea intensității luminii într-o regiune limitată a spectrului. Principala diferență este că segmentele spectrului de imagini sunt mult mai mici decât întreaga gamă de culori, cum ar fi albastrul. Și în acest caz, ele nu fac parte deloc din culori – toate lungimile de undă sunt în regiunea infraroșu a spectrului. Cu toate acestea, la fel ca imaginile RGB produse de o cameră, fiecare parte a spectrului poate fi fie analizată individual, fie combinată într-o întreagă imagine „color” care include o gamă largă de spectru.

De ce este util un spectrometru pentru a observa obiecte îndepărtate? Există două metode care au fost critice pentru acest studiu. Primul este că lumina din universul timpuriu devine roșie din cauza expansiunii universului pe măsură ce călătorește pe Pământ. Deci fotonii energetici cu lungimi de undă precum ultravioletele sunt întinși treptat până când sunt înregistrați de Webb ca fotoni infraroșii. Știind exact cât de mult sunt întinse, ne spune distanța până la obiecte și trebuie să cunoaștem lungimea de undă curentă pentru a determina asta. Spectrometrul oferă aceste informații.

A doua capacitate majoră pe care o oferă spectrometrul este urmărirea materialelor în mișcare. Toate elementele au un set de lungimi de undă specifice la care este emisă lumina. Dar dacă sunt în mișcare în raport cu un observator, acea lungime de undă este fie roșie – fie albastră din cauza efectului Doppler, modificând ușor lungimea de undă (acest efect ar fi în plus față de deplasarea către roșu cauzată de distanță). Deci, identificând emisiile unui anumit element și văzând cum se schimbă, putem urmări mișcarea acelor atomi, chiar și pe distanțe mari.

Galaxie activă într-un cluster dens

Pentru noua lucrare, Webb a fost direcționat către un așa-numit quasar sau nucleu galactic activ. Este incredibil de strălucitor din cauza întregii lumini produse pe măsură ce materia orbitează în jurul găurilor negre supermasive din centrul galaxiilor. În acest caz, quasarul, numit J1652, a fost identificat ca fiind foarte roșu la culoare, ceea ce indică faptul că lumina sa s-a schimbat brusc în roșu, așa că l-am vedea așa cum a fost în universul timpuriu.

Imaginile lui Webb au confirmat că culoarea roșie a lui J1652 se datorează unei deplasări mari spre roșu; Deplasarea către roșu a avut o valoare de z ≈ 3, ceea ce înseamnă că galaxia este văzută ca a existat cu mai bine de 11 miliarde de ani în urmă. Se crede că acesta a fost un moment critic în evoluția galaxiei, când energiile masive emise de găurile negre supermasive au început să ejecteze din galaxie materie formatoare de stele, punând capăt formării stelare.

Un alt rezultat izbitor al datelor spectroscopiei este că cel puțin alte trei obiecte detectate în aceeași regiune în imaginile Hubble par să aibă aceeași deplasare spre roșu. Aceasta înseamnă că sunt galaxii suplimentare în imediata apropiere a lui J1652. Având în vedere că întreaga regiune imagine se întinde pe 85.000 de ani lumină, aceasta reprezintă o concentrație foarte mare de galaxii. (Pentru comparație, Calea Lactee are o lungime de peste 100.000 de ani lumină, deși este mult mai mare decât aceste galaxii timpurii.)

Pe lângă confirmarea distanțelor, datele lui Webb le-au permis cercetătorilor să urmărească atomii de oxigen ionizat, care sunt emiși la o lungime de undă adecvată. Schimbările în roșu și albastru vizibile în aceste date arată că quasarul aruncă material aproximativ spre Pământ și în direcția opusă, în concordanță cu cele două jeturi care se formează adesea din găurile negre. Cantitatea mare de material ejectat este, de asemenea, în concordanță cu ideea că formarea quasarului ar putea pune capăt formării stelelor prin exploziarea materiei prime.

Dar cercetătorii par să fie mai interesați de densitatea extrem de mare a galaxiilor din regiunea generală. Pe baza cantității de materie prezentă, cercetătorii au extrapolat cantitatea de materie întunecată și au concluzionat că aceasta este o zonă a universului atât de densă pe cât ne-am imaginat până acum, despre care sugerează că este produsul fuziunii a două materii diferite. . aurele;

fișier arXiv. Număr rezumat: 2210.10074 (Despre arXiv). Pentru publicare în Astrophysical Journal Letters.