Последующие наблюдения в скоплении Пандоры подтвердили наличие второй и четвертой по удаленности от земли галактик, которые когда-либо видели, которые больше других галактик на таких экстремальных расстояниях.
Вторая и четвертая по удаленности галактики, когда-либо наблюдавшиеся, были обнаружены в области космоса, известной как скопление Пандоры, или Abell 2744, с использованием данных космического телескопа Джеймса Уэбба NASA (JWST). Изучив изображение области в глубоком поле (см. Изображение ниже), международная команда во главе с исследователями из Пенсильванского государственного университета подтвердила расстояние до этих древних галактик и вывела их свойства, используя новые спектроскопические данные — информацию о свете, излучаемом в электромагнитном спектре — от JWST. Эти невероятно удаленные галактики, расположенные на расстоянии почти в 33 миллиарда световых лет, позволяют понять, как могли сформироваться самые ранние галактики.
Уникальный внешний вид и значение
По словам исследователей, в отличие от других галактик, обнаруженных на этом расстоянии и видимых на изображениях в виде красных точек, новые галактики крупнее и похожи на арахис и пушистый шарик. Статья с описанием галактик появляется сегодня
О ранней Вселенной известно очень мало, и единственный способ узнать о том времени и проверить наши теории раннего формирования и роста галактик – изучить эти очень далекие галактики”, – сказал первый автор Бинджи Ван, аспирант Научного колледжа Эберли Пенсильванского государственного университета и член команды JWST UNCOVER (сверхглубокие наблюдения NIRSpec и NIRCam до эпохи реионизации), которая проводила исследование. “До нашего анализа мы знали только о трех галактиках, обнаруженных на таком экстремальном расстоянии. Изучение этих новых галактик и их свойств показало разнообразие галактик в ранней Вселенной и то, как многому из них можно научиться ”.
Понимание ранней Вселенной
Поскольку свету от этих галактик приходилось путешествовать так долго, чтобы достичь Земли, это дает окно в прошлое. По оценкам исследовательской группы, свет, обнаруженный JWST, был испущен двумя галактиками, когда Вселенной было около 330 миллионов лет, и преодолел расстояние в 13,4 миллиарда световых лет, чтобы достичь JWST. Но, по словам исследователей, в настоящее время галактики находятся ближе к 33 миллиардам световых лет от Земли из-за расширения Вселенной за это время.
“Свет от этих галактик древний, примерно в три раза старше Земли”, – сказал Джоэл Леджиа, доцент кафедры астрономии и астрофизики в Пенсильванском университете и член UNCOVER. “Эти ранние галактики похожи на маяки, свет которых пробивается сквозь очень разреженный газообразный водород, из которого состояла ранняя Вселенная. Только благодаря их свету мы можем начать понимать экзотическую физику, которая управляла галактикой на заре космоса ”.
Примечательно, что две галактики значительно больше, чем три галактики, ранее расположенные на этих экстремальных расстояниях. Одна из них по меньшей мере в шесть раз больше и имеет около 2000 световых лет в поперечнике. Для сравнения, Млечный Путь имеет примерно 100 000 световых лет в поперечнике, но, по словам Вана, считается, что ранняя Вселенная была очень сжата, поэтому удивительно, что галактика такая большая, как есть.
“Ранее обнаруженные галактики на этих расстояниях являются точечными источниками — на наших изображениях они выглядят как точка”, – сказал Ван. “Но одна из наших кажется вытянутой, почти как арахис, а другая похожа на пушистый шарик. Неясно, связано ли различие в размерах с тем, как образовались звезды, или с тем, что произошло с ними после их образования, но разнообразие свойств галактик действительно интересно. Ожидается, что эти ранние галактики сформировались из похожих материалов, но уже сейчас они демонстрируют признаки того, что сильно отличаются друг от друга. ”
Методология исследования
Две галактики были в числе 60 000 источников света в скоплении Пандоры, обнаруженных на одном из первых снимков глубокого поля JWST, сделанных в 2022 году, в первый год научной деятельности. Эта область космоса была выбрана отчасти потому, что она расположена за несколькими скоплениями галактик, которые создают естественный эффект увеличения, называемый гравитационным линзированием. Гравитационное притяжение совокупной массы скоплений деформирует пространство вокруг них, фокусируя и увеличивая любой проходящий поблизости свет и обеспечивая увеличенный обзор за скоплениями.
В течение нескольких месяцев команда UNCOVER сузила список из 60 000 источников света до 700 кандидатов для последующего изучения, восемь из которых, по их мнению, потенциально могут быть одними из первых галактик. Затем JWST снова указал на скопление Пандоры, записав спектры кандидатов – своего рода отпечаток пальца, детализирующий количество света, испускаемого на каждой длине волны.
“Несколько разных команд используют разные подходы для поиска этих древних галактик, и у каждой есть свои сильные и слабые стороны”, – сказала Лейя. “Тот факт, что мы указываем на эту гигантскую увеличительную линзу в космосе, дает нам невероятно глубокое окно, но это очень маленькое окно, поэтому мы бросили кости. Несколько кандидатов оказались неубедительными, и по крайней мере одна была ошибочно идентифицирована — это было нечто гораздо более близкое, имитирующее далекую галактику. Но нам повезло, и две из них оказались этими древними галактиками. Это невероятно ”.
Свойства и следствия
Исследователи также использовали подробные модели, чтобы сделать вывод о свойствах этих ранних галактик, когда они излучали свет, обнаруженный JWST. Как и ожидали исследователи, две галактики были молодыми, в их составе было мало металлов, они быстро росли и активно формировали звезды.
“Первые элементы были созданы в ядрах ранних звезд в процессе слияния”, – сказала Лейя. “Имеет смысл, что в этих ранних галактиках нет тяжелых элементов, таких как металлы, потому что они были одними из первых заводов по производству этих тяжелых элементов. И, конечно, они должны были бы быть молодыми и звездообразующими, чтобы стать первыми галактиками, но подтверждение этих свойств является важной базовой проверкой наших моделей и помогает подтвердить всю парадигму теории Большого взрыва ”.
Исследователи отметили, что наряду с гравитационной линзой мощные инфракрасные приборы JWST должны быть способны обнаруживать галактики на еще большем расстоянии, если они существуют.
“У нас было очень крошечное окно в этот регион, и мы не наблюдали ничего за пределами этих двух галактик, хотя JWST обладает такой возможностью”, – сказала Лейя. “Это может означать, что галактики просто не сформировались до этого времени и что мы не собираемся находить что-либо дальше. Или это может означать, что нам недостаточно повезло с нашим маленьким окном”.
Эта работа стала результатом успешного предложения, представленного в НАСА, предлагающего, как использовать JWST в течение первого года его научной деятельности. За первые три цикла подачи заявок НАСА получило в четыре-десять раз больше предложений, чем позволяло время наблюдений на телескопе, и ему пришлось отобрать лишь часть этих предложений.
“Наша команда была очень взволнована и немного удивлена, когда наше предложение было принято”, – сказала Лейя. “Это требовало координации, быстрых действий человека и того, чтобы телескоп дважды указывал на одно и то же, что многого требует от телескопа в первый год его работы. На нас оказывалось большое давление, потому что у нас было всего несколько месяцев, чтобы определить объекты для последующего наблюдения. Но JWST был создан для поиска этих первых галактик, и так интересно заниматься этим сейчас ”.
