Astronomer hittar den mest avlägsna galaxen med James Webb-rumsteleskopet

30 maj 2024

Den här artikeln har granskats enligt Science X's redaktionella process och policy. Redaktörer har framhävt följande egenskaper samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

• granskning av fakta
• förpublicering
• pålitlig källa
• korrekturläst

av Peter Edmonds, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

En internationell grupp astronomer meddelade idag upptäckten av de två tidigaste och mest avlägsna galaxerna någonsin skådade, daterade till endast 300 miljoner år efter Big Bang. Dessa resultat, med hjälp av NASA:s James Webb-rymdteleskop (JWST), markerar ett stort genombrott i studiet av det tidiga universum.

Upptäckterna gjordes av JADES-teamet (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey). Daniel Eisenstein från Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) är en av teamledarna för JADES och huvudutredare för det observationsprogram som avslöjade dessa galaxer. Ben Johnson och Phillip Cargile, båda forskare vid CfA, och Zihao Wu, en doktorand vid Harvard på CfA, spelade också viktiga roller.

På grund av universums expansion sträcks ljuset från avlägsna galaxer till längre våglängder när det färdas. Denna effekt är så extrem för dessa två galaxer att deras ultravioletta ljus skiftas till infraröda våglängder där bara JWST kan se det. Eftersom ljus tar tid att färdas ses mer avlägsna galaxer också som de var tidigare i tiden.

De två rekordbrytande galaxerna kallas JADES-GS-z14-0 och JADES-GS-z14-1, den förra är den mer avlägsna av de två. Förutom att vara den nya distansrekordhållaren, är JADES-GS-z14-0 anmärkningsvärd för hur stor och ljus den är.

'Storleken på galaxen bevisar klart att det mesta av ljuset produceras av stora antal unga stjärnor,' sade Eisenstein, en Harvard-professor och ordförande för astronomiska institutionen, 'snarare än material som faller på ett supermassivt svart hål i galaxens centrum, vilket skulle verka mycket mindre.'

Kombinationen av den extrema ljusstyrkan och det faktum att unga stjärnor driver denna höga luminositet gör JADES-GS-z14-0 till det mest slående beviset hittills på snabb bildning av stora, massiva galaxer i den tidiga universum.

'JADES-GS-z14-0 blir nu prototypen för detta fenomen,' säger Dr. Stefano Carniani från Scuola Normale Superiore i Pisa, huvudförfattare till upptäcktpappret. 'Det är fantastiskt att universum kan skapa en sådan galax på bara 300 miljoner år.'

Bevis för förvånansvärt livliga tidiga galaxer dök upp redan i de första JWST-bilderna och har ökat under de två första åren av uppdraget. Denna trend går emot de förväntningar som de flesta astronomer hade innan JWST:s teorigrupper om galaxbildning lanserades.

JADES-GS-z14-0 var ett mysterium för JADES-teamet när de först upptäckte det för ett år sedan, eftersom det verkar vara tillräckligt nära på himlen till en bakgrundsgalax att teamet inte kunde vara säkert på att de två inte var grannar. Men i oktober 2023 genomförde JADES-teamet ännu djupare avbildning - fem hela dagar med JWST:s Near-Infrared Camera på bara ett fält - och använde filter utformade för att bättre isolera de tidigaste galaxerna.

'Vi kunde helt enkelt inte se något troligt sätt att förklara denna galax som bara en granne till den mer närbelägna galaxen,' säger Dr. Kevin Hainline, forskningsprofessor vid University of Arizona.

Galaxen ligger i ett fält där JWST:s Mid-Infrared Instrument hade utfört en ultra-djup observation. Dess ljusstyrka vid intermediära infraröda våglängder är ett tecken på emission från väte- och till och med syreatomer i det tidiga universum.

'Trots att den är så ung är galaxen redan hårt i arbete med att skapa de element som är bekanta för oss på jorden,' sade Zihao Wu, en medförfattare till en andra artikel om denna upptäckt, ledd av Jakob Helton, en forskarstudent vid University of Arizona.

Teamet bekräftade sedan sina förhoppningar att JADES-GS-z14-0 verkligen var en rekordbrytande galax och att den svagare kandidaten, JADES-GS-z14-1, var nästan lika långt borta genom att erhålla ett spektrum av varje galax.

En tredje artikel, ledd av Brant Robertson, professor vid University of California-Santa Cruz, och Ben Johnson, studerar utvecklingen av denna tidiga population av galaxer.

'Det här fantastiska objektet visar att bildandet av galaxer i det tidiga universum är väldigt snabbt och intensivt,' sade Johnson, 'och JWST kommer att låta oss hitta fler av dessa galaxer, kanske när universum var ännu yngre. Det är en fantastisk möjlighet att studera hur galaxer startar.'

Alla tre artiklar är för närvarande tillgängliga på arXiv förpubliceringsserver.

Mer information: En glänsande kosmisk gryning: spektroskopisk bekräftelse av två lysande galaxer vid z∼14, arXiv:2405.18485 [astro-ph.GA]

JWST/MIRI photometric detection at 7.7 μm of the stellar continuum and nebular emission in a galaxy at z>14, arXiv:2405.18462 [astro-ph.GA] arxiv.org/abs/2405.18462

Journal information: arXiv

Provided by Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics