Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил самые далекие галактики

Астрономы сообщают о самых далеких известных галактиках, которые были обнаружены и подтверждены JWST.

Международная группа астрономов обнаружила самые старые и самые далекие галактики, подтвержденные на сегодняшний день с помощью данных космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Телескоп уловил свет, излучаемый этими галактиками более 13,4 миллиарда лет назад, а это означает, что галактики появились менее чем через 400 миллионов лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял всего 2% от ее нынешнего возраста.

Первоначальные наблюдения с JWST дали несколько галактик-кандидатов на больших расстояниях, как и предыдущие наблюдения с помощью космического телескопа Хаббла. Теперь четыре из этих целей подтверждены длительными спектроскопическими наблюдениями, которые не только обеспечивают безопасные измерения их расстояний, но и позволяют астрономам охарактеризовать физические свойства галактик.

«Мы открыли галактики в далекой Вселенной в фантастически ранние времена», — сказал Брант Робертсон, профессор астрономии и астрофизики Калифорнийского университета в Санта-Круз. «С помощью JWST мы впервые можем найти такие далекие галактики, а затем подтвердить с помощью спектроскопии, что они действительно далеко».

Астрономы измеряют расстояние до галактики, определяя ее красное смещение. Из-за расширения Вселенной кажется, что далекие объекты удаляются от нас, а их свет растягивается до более длинных и красных длин волн благодаря эффекту Доплера. Фотометрические методы, основанные на изображениях, полученных через различные фильтры, могут дать оценки красного смещения, но для окончательных измерений требуется спектроскопия, которая разделяет свет от объекта на составляющие длины волн.

(Щелкните изображение, чтобы увидеть полный график.) Вселенная расширяется, и это расширение связано с расширением света, проходящего через пространство в результате явления, известного как космическое красное смещение. Чем больше красное смещение, тем большее расстояние преодолел свет. В результате необходимы телескопы с инфракрасными детекторами, чтобы увидеть свет от первых и самых далеких галактик. Авторы и права: НАСА, ЕКА и Л. Хустак (STSci).

Новые результаты сосредоточены на четырех галактиках с красным смещением выше 10. Две галактики, первоначально наблюдаемые Хабблом, подтвердили красное смещение 10,38 и 11,58. Две самые далекие галактики, обнаруженные на изображениях JWST, имеют красные смещения 13,20 и 12,63, что делает их самыми далекими галактиками, подтвержденными спектроскопией на сегодняшний день. Красное смещение 13,2 соответствует примерно 13,5 миллиардам лет.

«Они гораздо дальше, чем мы могли себе представить, которые были бы обнаружены до JWST», — сказал Робертсон. При красном смещении 13 Вселенной всего 325 миллионов лет.

Робертсон и Эмма Кертис Лейк из Университета Хартфордшира (Великобритания) являются ведущими авторами двух статей о результатах, которые еще не прошли рецензирование (см. ссылки ниже).

Наблюдения стали результатом сотрудничества ученых, которые руководили разработкой двух бортовых инструментов Уэбба: камеры ближнего инфракрасного излучения (NIRCam) и спектрорадиометра ближнего инфракрасного излучения (NIRSpec). Поиск более слабых и старых галактик был основной движущей силой концепций этих инструментов. В 2015 году группы инструментов объединились, чтобы предложить расширенный глубокий внегалактический обзор JWST (JADES), амбициозную программу, которая заняла чуть более одного месяца работы телескопа и предназначена для получения обзора ранней Вселенной на беспрецедентной глубине. и детали. JADES — это международное сотрудничество более восьмидесяти астрономов из десяти стран.

«Эти результаты являются кульминацией того, почему команда NIRCam и NIRSpec объединились для реализации этой программы мониторинга», — сказала Марсия Рике, главный исследователь NIRCam в Университете Аризоны.

Программа JADES началась с NIRCam, которая использовала более 10 дней миссии для наблюдения за небольшим участком неба внутри и вокруг сверхглубокого поля Хаббла. Астрономы изучают этот регион уже более 20 лет, используя практически все крупные телескопы. Команда JADES наблюдала за полем в девяти различных диапазонах инфракрасных длин волн, делая замечательные изображения, которые показывают почти 100 000 далеких галактик, каждая из которых составляет миллиарды световых лет.

Затем команда использовала спектрометр NIRSpec в течение одного периода наблюдения в три дня, чтобы собрать свет от 250 слабых галактик. Это дало точные измерения красного смещения и выявило свойства газа и звезд в этих галактиках.

«Благодаря этим измерениям мы можем узнать внутреннюю яркость галактик и выяснить, сколько в них звезд», — сказал Робертсон. «Теперь мы действительно можем начать составлять карту того, как галактики собираются вместе с течением времени».

Соавтор Сандро Текила из Кембриджского университета в Великобритании добавил: «Трудно понять галактики, не понимая начальные периоды их эволюции. Как и с людьми, многое из того, что происходит позже, зависит от влияния этих ранних поколений звезд». . Множество вопросов о галактиках ждут возможности для преобразования». Уэбб, и мы очень рады возможности сыграть свою роль в раскрытии этой истории».

По словам Робертсона, звездообразование в этих ранних галактиках должно было начаться примерно за 100 миллионов лет до возраста, в котором они наблюдались, что отодвинуло формирование первых звезд примерно на 225 миллионов лет позже.[{» attribute=»»>Big Bang.

“We are seeing evidence of star formation about as early as we could expect based on our models of galaxy formation,” he said.

Other teams have identified candidate galaxies at even higher redshifts based on photometric analyses of JWST images, but these have yet to be confirmed by spectroscopy. JADES will continue in 2023 with a detailed study of another field, this one centered on the iconic Hubble Deep Field, and then a return to the Ultra Deep Field for another round of deep imaging and spectroscopy. Many more candidates in the field await spectroscopic investigation, with hundreds of hours of additional time already approved.

For more on this research, see NASA’s Webb Space Telescope Discovers Earliest Galaxies in the Universe.

References:

“Discovery and properties of the earliest galaxies with confirmed distances” by B. E. Robertson, S. Tacchella, B. D. Johnson, K. Hainline, L. Whitler, D. J. Eisenstein, R. Endsley, M. Rieke, D. P. Stark, S. Alberts, A. Dressler, E. Egami, R. Hausen, G. Rieke, I. Shivaei, C. C. Williams, C. N. A. Willmer, S. Arribas g, N. Bonaventura, A. Bunker, A. J. Cameron, S. Carniani, S. Charlot, J. Chevallard, M. Curti, E. Curtis-Lake, F. D’Eugenio, P. Jakobsen, T. J. Looser, N. Lützgendorf, R. Maiolino, M. V. Maseda, T. Rawle, H.-W. Rix, R. Smit, H. Übler, C. Willott, J. Witstok, S. Baum, R. Bhatawdekar, K. Boyett, Z. Chen, A. de Graaff, M. Florian, J. M. Helton, R. E. Hviding, Z. Ji, N. Kumari, J. Lyu, E. Nelson, L. Sandles, A. Saxena, K. A. Suess, F. Sun, M. Topping and I. E. B. Wallace, 17 November 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04480

“Spectroscopic confirmation of four metal-poor galaxies at z=10.3-13.2” by Emma Curtis-Lake, Stefano Carniani, Alex Cameron, Stephane Charlot, Peter Jakobsen, Roberto Maiolino, Andrew Bunker, Joris Witstok, Renske Smit, Jacopo Chevallard, Chris Willott, Pierre Ferruit, Santiago Arribas, Nina Bonaventura, Mirko Curti, Francesco D’Eugenio, Marijn Franx, Giovanna Giardino, Tobias J. Looser, Nora Lützgendorf, Michael V. Maseda, Tim Rawle, Hans-Walter Rix, Bruno Rodriguez del Pino, Hannah Übler, Marco Sirianni, Alan Dressler, Eiichi Egami, Daniel J. Eisenstein, Ryan Endsley, Kevin Hainline, Ryan Hausen, Benjamin D. Johnson, Marcia Rieke, Brant Robertson, Irene Shivaei, Daniel P. Stark, Sandro Tacchella, Christina C. Williams, Christopher N. A. Willmer, Rachana Bhatawdekar, Rebecca Bowler, Kristan Boyett, Zuyi Chen, Anna de Graaff, Jakob M. Helton, Raphael E. Hviding, Gareth C. Jones, Nimisha Kumari, Jianwei Lyu, Erica Nelson, Michele Perna, Lester Sandles, Aayush Saxena, Katherine A. Suess, Fengwu Sun, Michael W. Topping, Imaan E. B. Wallace and Lily Whitler, 8 December 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04568