Первое изображение научного качества, полученное с новейшего космического телескопа НАСА, содержало скрытое сокровище в виде искрящейся далекой галактики, окруженной плотными скоплениями, которые могли содержать некоторые из первых звезд Вселенной.
Первое изображение научного качества, полученное с новейшего космического телескопа НАСА, содержало скрытое сокровище в виде искрящейся далекой галактики, окруженной плотными скоплениями, которые могли содержать некоторые из первых звезд Вселенной.
Это изображение, первое изображение в глубоком поле, полученное космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), показало потрясающий набор галактик. А команда канадских астрономов увеличила изображение галактики, расположенной на расстоянии 9 миллиардов световых лет от Земли, получившей название «Галактика Спарклер», потому что окружающие ее компактные объекты выглядят как маленькие сверкающие желто-красные точки. Галактика примечательна сама по себе своим странным вытянутым внешним видом, но окружающие объекты, которые вдохновили на это прозвище, представляют особый научный интерес, поскольку они могут быть самыми удаленными шаровыми скоплениями звезд, когда-либо обнаруженными астрономами.
Шаровые скопления — это скопления древних звезд, которые восходят к периоду зарождения галактики, поэтому они могут содержать подсказки о ранних стадиях формирования, роста и эволюции галактик. Изучив 12 компактных объектов, окружающих галактику Спарклер, канадская команда NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS) обнаружила, что пять из них действительно являются шаровыми скоплениями. Более того, это могут быть одни из самых старых шаровых скоплений, когда-либо виденных, возможно, относящиеся к тому времени, когда Вселенная впервые начала рождать звезды.
«Для нас было действительно удивительно, что мы смогли так рано найти такой уникальный объект в данных JWST», — говорит Картик Дж. Айер, астроном из Университета Торонто в Канаде и соавтор исследования, рассказал Space.com . «Согласно нашему анализу, мы обнаружили, что большинство этих искорок вокруг основного тела галактики являются действительно массивными и действительно старыми звездными системами».
Изображение JWST позволило команде наблюдать «искорки» в диапазоне длин волн, отметил Айер, что означает, что ученые могли точно смоделировать скопления, чтобы лучше понять их физические свойства, включая их возраст и количество звезд, которые они содержат. Использование таких отдаленных шаровых скоплений для датировки первых звезд в далеких ранних галактиках было невозможно до JWST.
«Что мы пытаемся сделать, так это определить возраст всех объектов во Вселенной — звезд, галактик и шаровых скоплений, — потому что мы хотим знать, когда начали рождаться звезды?» Ламия Маула, соавтор исследования, а также астроном из Университета Торонто, рассказала Space.com .
Млечный Путь содержит, по оценкам, 150 шаровых скоплений, но ученые изо всех сил пытаются определить их возраст. Маула объяснил, что, хотя относительно легко определить возраст большинства объектов в нашей галактике, это не относится к особенно древним объектам, которые уже кажутся старыми при ближайшем рассмотрении и, следовательно, более поздними по времени. Гораздо проще датировать более отдаленные скопления, такие как Галактика Спарклер, которые астрономы видят такими, какими они были 9 миллиардов лет назад, когда скопление было намного моложе, а самой Вселенной всего 4,5 миллиарда лет.
Подумайте о шаровых скоплениях, которые стареют так же, как люди, сказал Маула. «Стареющие шаровые скопления в Млечном Пути — это все равно, что смотреть на картинку, пытаясь сказать, 50 лет человеку или 55 -летний», — сказала она. «Легче сказать, 5 лет кому-то или 10 лет. Еще легче определить, 1-летний это ребенок или 6-летний».
И поскольку астрономы видят шаровые скопления, окружающие Галактику Спарклер, такими, какими они были 9 миллиардов лет назад, они выглядят очень молодыми, что делает определение их возраста похожим на просмотр изображения младенца, а не человека среднего возраста.
Астрономы дополнительно подтвердили возраст скоплений, используя данные канадского прибора для получения изображений в ближнем инфракрасном диапазоне и безщелевого спектрографа (NIRISS) на JWST. Наблюдения НИРИСС не выявили никаких признаков кислорода, который обычно ассоциируется с молодыми скоплениями, активно формирующимися звездами.
JWST получил помощь в наблюдении галактики Спарклер как от космического телескопа Хаббла, который наблюдал галактику раньше, но не смог разглядеть окружающие ее шаровые скопления, так и от природного явления, называемого гравитационным линзированием.
Рука помощи от общей теории относительности
Гравитационное линзирование было впервые предсказано в 1915 году общей теорией относительности Эйнштейна и с тех пор стало мощным инструментом для астрономов.
Общая теория относительности утверждает, что объекты большой массы искривляют структуру пространства-времени. Думайте об этом как о размещении шариков увеличивающейся массы на растянутом резиновом листе: чем больше масса, тем большую «вмятину» или искривление это вызывает. В пространстве эта кривизна искривляет путь света. Когда масса объекта линзирования на переднем плане чрезмерна, это может привести к тому, что объект фона — источник этого света — будет казаться намного больше или в нескольких местах на изображении.
Гравитационное линзирование — это то, что придает галактике Спарклер ее странную, растянутую форму и увеличивает ее настолько, чтобы JWST смог ее заметить. Это явление также приводит к появлению нескольких окружающих скоплений в нескольких точках на изображении JWST с глубоким полем.
В совокупности увеличение и многочисленные изображения, созданные с помощью гравитационного линзирования, помогли не только изучить эти объекты, но и подтвердить, что эти скопления действительно вращаются вокруг галактики Спарклер, а не просто «наложены» на нее в поле зрения JWST.
Один из оставшихся вопросов, связанных с галактикой Спарклер, заключается в том, насколько сильно объект линзирования на переднем плане, скопление галактик SMACS 0723, увеличивает ее.
«Увеличение галактики Спарклер и ее окрестностей не так сильно ограничено, как нам бы хотелось», — сказал Айер. «Итак, одна из вещей, которые мы хотим сделать, — это создать лучшую модель увеличения, чтобы мы могли определить, увеличена ли она в 10 или в 100 раз».
Выяснение того, насколько увеличена Галактика Спарклер и ее скопления, могло бы помочь более точно определить такие свойства, как их возраст и расстояние от Земли.
Команда «КЭНАКС» также будет использовать телескоп JWST в октябре для изучения пяти массивных скоплений галактик, вокруг которых они ожидают найти больше систем, подобных тем, что находятся вокруг галактики Спарклер.
«Мы надеемся, что знание того, что шаровые скопления можно наблюдать с таких больших расстояний с помощью JWST, подстегнет дальнейшую науку и поиски подобных объектов», — сказал Айер.
Влияние космического телескопа Джеймса Уэбба на астрономию
Астрономы и любители космоса с нетерпением ждали выхода первых снимков JWST. Айер сказал, что некоторые из его коллег из CANUCS не спали в ту ночь, когда было получено изображение в глубоком поле, и Маула вспомнил волнение ночи и то, как быстро начался поиск важных космических объектов.
«Вечером от НАСА поступило важное сообщение, и на следующий день вся команда «КЭНАКС коллаборационизм» вместе смотрела на это изображение», — сказал Маула.
«Затем мы увидели эту систему странной формы с высокими линзами», — добавила она. «Даже на цветном изображении эта штука появляется, и там есть эти звездные скопления, похожие на маленькие точки, которых вы не видите в других галактиках».
По их словам, обнаружение таких отдаленных шаровых скоплений на первом изображении глубокого поля, полученном JWST, является примером того, как телескоп продолжает выдавать впечатляющие результаты и в процессе формирует будущее астрономии. Дуэт ссылается на тот факт, что, хотя галактика Спарклер и ее шаровидные спутники достаточно далеки, чтобы их можно было увидеть, когда вселенной было всего около 4 миллиардов лет, это все еще сравнительно близко, учитывая, что JWST был разработан, чтобы видеть галактики такими, какими они были всего через сотни миллионов лет после Большого взрыва.
«Мы получаем данные, которые глубже, чем мы ожидали, что весьма удивительно в самом прекрасном смысле», — сказал Маула.
И для Маулы, начинающего карьеру исследователя, время было выбрано как нельзя лучше. «Это невероятное время для нас, молодых астрономов, которые только начинают свою деятельность», — добавила она. «Люди так долго ждали этого телескопа, поэтому нам невероятно повезло, что этот телескоп появился в самом начале нашей карьеры».
Исследование команды было опубликовано в четверг (сентябрь. 29) в Astrophysical Journal Letters.