Vesmírny teleskop Jamesa Webba sa pozerá späť na raný vesmír, vidí galaxie ako naša Mliečna dráha

nové obrázky z[{“ 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.

Táto simulácia ukazuje, ako sa vytvárajú hviezdne tyče (vľavo) a ako prúdi plyn poháňaný tyčou (vpravo). Hviezdne priečky hrajú dôležitú úlohu vo vývoji Mliečnej dráhy tým, že plyn privádzajú do centrálnych oblastí Mliečnej dráhy, kde sa rýchlo premieňa na nové hviezdy, zvyčajne 10 až 100-krát rýchlejšie ako vo zvyšku Mliečnej dráhy. Pruhy nepriamo napomáhajú rastu supermasívnych čiernych dier tým, že plyn smerujú časť cesty do centier galaxií. Poďakovanie: Francois Combs, Parížske observatórium

Objav tyčí v takom ranom veku otriasa scenármi vývoja galaxií niekoľkými spôsobmi.

„Tento objav skorých tyčí znamená, že modely vývoja galaxií majú teraz novú cestu, prostredníctvom ktorej tyče urýchlili produkciu nových hviezd v ranom veku,“ povedal Jogi.

A existencia týchto skorých pruhov spochybňuje teoretické modely, pretože vyžadujú korekciu fyziky galaxií, aby bolo možné predpovedať skutočný počet pruhov. Tím bude testovať rôzne modely vo svojom ďalšom článku.

Montáž obrázkov JWST zobrazujúcich šesť príkladov galaxií s priečkou, z ktorých dve predstavujú najvyššie časy spätného pohľadu, ktoré boli doteraz kvantitatívne identifikované a charakterizované. Štítky v ľavom hornom rohu každého obrázka zobrazujú spätný pohľad pre každú galaxiu v rozmedzí od 8,4 do 11 miliárd rokov (Gyr), keď bol vesmír len 40 % až 20 % svojho súčasného veku. Poďakovanie: NASA/CEERS/University of Texas v Austine

JWST dokáže odhaliť štruktúry vo vzdialených galaxiách lepšie ako Hubbleov teleskop z dvoch dôvodov: Po prvé, jeho väčšie zrkadlo mu dáva väčšiu schopnosť zhromažďovať svetlo, čo mu umožňuje vidieť ďalej a s vyšším rozlíšením. Po druhé, cez prach vidí lepšie, pretože vidí na dlhších infračervených vlnových dĺžkach ako Hubbleov teleskop.

Vysokoškolskí študenti Eden Wise a Zhili Chen zohrali kľúčovú úlohu vo výskume tým, že vizuálne preskúmali stovky galaxií, našli niečo, čo vyzeralo ako pruhy, zredukovali zoznam na niekoľko desiatok pre dôkladnejšiu matematickú analýzu pre ostatných výskumníkov. Prísť

Referencie: Yuchen Guo, Sharda Jogi, Steven L. Finkelstein, Zilly Chen, Eden Wise, Michaela B. „Prvý pohľad na Z > 1 pruhy v blízkom infračervenom ráme s JWST Early Sears Imaging“ od Bagley, Guillermo Barro, Stijn Vuyts, Dale D. Koszewski, Jehan S. Kartelpe, Elizabeth J. McGrath, Henry C. Ferguson, Bahram Mobasher, Mauro Giavillisco, Ray A. Lucas, George A. Zavala, Jennifer M. Lotz, Norman A. Grogin, Mark Huertas-Company, Jesus Vega-Ferrero, Nimish P. Hathi, Pablo Arrabal Haro, Mark Dickinson, Anton M. Coeckemore, KC Papovich, Nor Pirzkal, LY Aaron Yung, Brain E. Backhaus, Eric F. Bell, Antonello Calabro, Nikko J. Cleary, Rosemary T. Coogan, MC Cooper, Luca Costantin, Darren Croton, Kelsey Davis, Alexander de la Vega, Avishai Deckel, Maximilian Franco, Jonathan P. Gardner, Bene W. Holverda, Taylor A. Hutchison, Viraj Pandya, Pablo G. Hrajú: Perez-Gonzalez, Swara Rabindranath, Caitlin Rose, Jonathan R. Trump a Weichen Wang, schválený, The Astrophysical Journal Letters,
arxiv: 2210,08658

Ďalšími spoluautormi na UT Austin sú Steven Finkelstein, Mikaela Bagley a Maximilian Franco. Desiatky spoluautorov z iných inštitúcií sú z USA, Veľkej Británie, Japonska, Španielska, Francúzska, Talianska, Austrálie a Izraela.

Čiastočne pre tento výskum Roland K. Financovanie poskytli Blumberg Endowment in Astronomy, Heising-Simons Foundation a NASA. Práca sa opiera o zdroje Texas Advanced Computing Center, vrátane Frontera, najvýkonnejšieho superpočítača na americkej univerzite.