Wiele wczesnych galaktyk wyglądało jak makaron bilardowy i deski surfingowe

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba ujawnił, że galaktyki we wczesnym Wszechświecie przypominają głównie wydłużone kształty, takie jak deski surfingowe i makaron stawowy, a nie okrągłe kształty. Odkrycie to, oparte na analizie obrazów w bliskiej podczerwieni z przeglądu CEERS, stanowi ważne odkrycie dotyczące struktury wczesnych galaktyk i poszerza wiedzę dostarczoną przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

Powiesić dziesięć! Naukowcy korzystający z Webba odkryli, że wiele odległych galaktyk ma płaskie dyski eliptyczne i kształty przypominające rurki, a nie struktury spiralne lub eliptyczne.

Gotowy do uderzenia kosmicznych „fal” za pomocą Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba? Niczym ratownik na służbie Webb przeskanował horyzont i dostrzegł odległe galaktyki w kształcie piłek do siatkówki, frisbee, desek surfingowych i desek surfingowych.

Naukowcy analizujący dane Webba odkryli również, że galaktyki przypominające deskę surfingową i galaktyki z makaronem były częstsze, gdy Wszechświat miał od 600 milionów do 6 miliardów lat. Zaprzecza to temu, co wcześniej potwierdziliśmy dla galaktyk bliższych „brzegu” za pomocą innych teleskopów. Pobliskie galaktyki to często wyraźnie zarysowane spirale z ramionami gwiaździstymi, które również wyglądają jak latające spodki, lub gładkie elipsoidy, które również wyglądają jak latające kule.

Nie jest jeszcze jasne, czy na przestrzeni całego czasu kosmicznego ewoluowały nowe kształty galaktyk. Konieczne są przyszłe badania, aby dowiedzieć się, jak zmieniała się geometria 3D galaktyk na przestrzeni ponad 13 miliardów lat.

Oto przykłady odległych galaktyk uchwyconych przez należący do NASA Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba w ramach badania Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS).
Niedawne badania CEERS prowadzone przez Viraja Pandyę, stypendystę NASA Hubble'a na Uniwersytecie Columbia w Nowym Jorku, wykazały, że galaktyki często wydają się płaskie i wydłużone, jak spaghetti lub deski surfingowe (wzdłuż górnego rzędu).
Następną dużą grupą są cienkie, okrągłe galaktyki przypominające dyski, które przypominają latające spodki.
I wreszcie, galaktyki o kulistym kształcie, czyli latające kule, stanowiły najmniejszy ułamek ich odkryć (na dole po prawej).
Szacuje się, że wszystkie te galaktyki istniały, gdy Wszechświat miał od 600 milionów do 6 miliardów lat.
Źródło zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

Webb pokazuje, że wiele wczesnych galaktyk przypominało makaron w basenie i deski surfingowe

Naukowcy analizują zdjęcia z NASAKosmiczny Teleskop Jamesa Webba odkrył, że galaktyki we wczesnym Wszechświecie są często płaskie i wydłużone, jak deski surfingowe i makaron bilardowy, a rzadko okrągłe, jak piłki do siatkówki czy frisbee. „Około 50 do 80% galaktyk, które badaliśmy, wydaje się być płaskie w dwóch wymiarach” – wyjaśnia główny autor Viraj Pandya, stypendysta Hubble'a w NASA. Uniwersytet Columbia w Nowym Jorku. „Galaktyki wyglądające jak makaron bilardowy lub deski surfingowe wydają się być bardzo powszechne we wczesnym wszechświecie, co jest zaskakujące, ponieważ są rzadkością w pobliżu”.

Zespół skupił się na szerokiej gamie zdjęć w bliskiej podczerwieni dostarczonych przez Webba, znanych jako Cosmic Evolution Early Evolution Science Survey (CEERS), z których wydobył galaktyki, które według szacunków istniały, gdy Wszechświat miał od 600 milionów do 6 miliardów lat .

Podczas gdy najbardziej odległe galaktyki wyglądają jak deski surfingowe i makaron bilardowy, inne mają kształt talerzy frisbee i piłek do siatkówki. „Latające kule”, czyli galaktyki sferyczne, wydają się być najbardziej zwartym typem galaktyki w kosmicznym „oceanie”, a często były też najsłabiej zdefiniowane. Stwierdzono, że frisbees jest tak duże jak deska surfingowa i galaktyki w kształcie spaghetti wzdłuż „horyzontu”, ale częściej pojawiają się w pobliżu „brzegu” sąsiedniego wszechświata. (Porównaj je na poniższej ilustracji.)

Zespół Pandyi zidentyfikował cztery główne klasyfikacje, pokazane powyżej jako obiekty i przekroje 3D. Ułożone są od najmniejszego do najczęściej występującego.
W lewym górnym rogu skan Webba pokazuje klasyfikację rzadką we wczesnym Wszechświecie, ale powszechną obecnie: galaktyki o kształcie kulistym, zwane salwami.
W prawym górnym rogu znajdują się płaskie, okrągłe dyski lub latające spodki, które są nieco bardziej powszechne.
Kształty galaktyk, które dominowały w tym wczesnym okresie, wydają się płaskie i wydłużone, jak deski surfingowe pokazane w lewym dolnym rogu lub makaron w basenie w prawym dolnym rogu. Ta para klasyfikacji stanowi około 50 do 80 procent wszystkich odległych galaktyk, które do tej pory badali – co jest zaskoczeniem, ponieważ te formy są rzadkością w pobliżu.
Zdjęcia: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI), Viraj Pandya (Kolumbia), Hawen Zhang (Uniwersytet w Arizonie), Lucy Redding-Ekanda (Fundacja Simmonsa)

Kategoria, którą będziemy mieć droga Mleczna Czy galaktyka upadłaby, gdybyśmy mogli cofnąć zegar o miliardy lat? „Naszym zdaniem prawdopodobnie wyglądała jak deska surfingowa” – powiedział współautor Hawen Zhang, doktorant na Uniwersytecie Arizony w Tucson. Hipoteza ta opiera się częściowo na nowych dowodach Webba, w których teoretycy „cofnęli zegar”, aby oszacować masę Drogi Mlecznej sprzed miliardów lat, która była powiązana z ówczesnym kształtem.

Te odległe galaktyki są również znacznie mniej masywne niż pobliskie galaktyki spiralne i eliptyczne, co jest prekursorem bardziej masywnych galaktyk, takich jak nasza. „We wczesnym Wszechświecie galaktyki miały znacznie mniej czasu na rozwój” – powiedział Karthik Iyer, współautor i stypendysta NASA Hubble, również na Uniwersytecie Columbia. „Identyfikowanie dodatkowych klas wczesnych galaktyk jest ekscytujące – jest teraz wiele do analizy. Możemy teraz badać, w jaki sposób kształty galaktyk odnoszą się do ich wyglądu i zapewnić lepszy obraz tego, jak powstały, bardziej szczegółowo.

Nasza galaktyka, Droga Mleczna, ma w swoim jądrze supermasywną czarną dziurę otoczoną centralnym zgrubieniem złożonym ze starożytnych, żółtych gwiazd. Za nimi znajdują się niebieskawe ramiona spiralne wypełnione młodszymi gwiazdami, nowo powstającymi gwiazdami i ciemnymi pasmami pyłu. Źródło: NASA i STScI

Czułość Webba, obrazy o wysokiej rozdzielczości i specjalizacja w zakresie światła podczerwonego umożliwiły zespołowi szybkie scharakteryzowanie i opracowanie trójwymiarowych modeli geometrycznych wielu galaktyk CEERS. Pandya twierdzi również, że ich praca nie byłaby możliwa bez szeroko zakrojonych badań przeprowadzonych przez astronomów korzystających z NASA Kosmiczny teleskop Hubble.

Przez dziesięciolecia Hubble olśniewał nas obrazami niektórych z najstarszych galaktyk, zaczynając od pierwszej „Głębokie pole” w 1995 r oraz kontynuowanie podstawowego badania znanego jako Głębokie Pozagalaktyczne Badanie W bliskiej Podczerwieni Dziedzictwa Kosmicznego. Tego rodzaju badania głębokiego nieba dostarczyły znacznie obszerniejszych statystyk, co skłoniło astronomów do stworzenia potężnych modeli 3D odległych galaktyk na całym świecie. Kosmiczny czas. Dziś Webb pomaga w realizacji tych wysiłków, powiększając dużą kolekcję odległych galaktyk leżących poza zasięgiem Hubble'a i odsłaniając wczesny Wszechświat ze znacznie większą szczegółowością, niż było to wcześniej możliwe.

Jest to część badania Cosmic Evolution Early Launch Science Survey (CEERS), które składa się z kilku wskaźników bliskiej podczerwieni z NIRCam (kamery bliskiej podczerwieni) znajdującej się na pokładzie Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba. Obserwacje te mieszczą się w tym samym obszarze badanym przez Kosmiczny Teleskop Hubble'a, znanym jako Poprzeczka Grotha.
Strzałki kompasu północnego i wschodniego pokazują kierunek obrazu na niebie. Zauważ, że relacja pomiędzy północą a wschodem na niebie (widziana z dołu) jest odwrócona w stosunku do strzałek kierunkowych na mapie Ziemi (patrząc z góry).
To zdjęcie pokazuje niewidzialne długości fal światła bliskiej podczerwieni przełożone na kolory światła widzialnego. Klucz kolorów pokazuje, które filtry NIRCam zostały użyte podczas zbierania światła. Kolor nazwy każdego filtra to kolor światła widzialnego używanego do przedstawienia światła podczerwonego przechodzącego przez ten filtr.
Pasek skali nazywany jest sekundą łukową i jest miarą odległości kątowej na niebie. Jedna sekunda łukowa równa się mierze kątowej 1/3600 jednego stopnia. Stopień ma 60 minut łukowych, a minuta łukowa 60 sekund łukowych. (Średnica kątowa Księżyca wynosi około 30 minut łuku.) Rzeczywisty rozmiar obiektu pokrywającego jedną sekundę łukową na niebie zależy od jego odległości od teleskopu.
Zdjęcia: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin)

Obrazy wczesnego wszechświata wykonane przez Webba były jak fale oceaniczne, dostarczając nowych fal dowodów. „Hubble już dawno pokazał, że galaktyk prostokątnych jest nadmiar” – wyjaśnia współautor Mark Huertas, pracownik naukowy w Instytucie Astrofizyki Wysp Kanaryjskich. Jednak badacze wciąż zastanawiają się: czy dodatkowe szczegóły wyglądałyby lepiej przy wrażliwości na światło podczerwone? „Webb potwierdził, że Hubble nie przeoczył żadnych dodatkowych cech w galaktykach, które obaj zaobserwowali. Ponadto Webb pokazał nam wiele odległych galaktyk o podobnych kształtach, wszystkie bardzo szczegółowo”.

Nadal istnieją luki w naszej wiedzy — badacze nie tylko będą potrzebowali większej próbki niż Webb, aby udoskonalić właściwości i dokładne lokalizacje odległych galaktyk, ale będą także musieli spędzić dużo czasu na ulepszaniu i aktualizowaniu swoich modeli, aby lepiej odzwierciedlały precyzyjne geometrie. Z odległych galaktyk. „To wstępne ustalenia” – powiedziała współautorka Elizabeth McGrath, adiunkt w Colby College w Waterville w stanie Maine. „Musimy głębiej zagłębić się w dane, aby dowiedzieć się, co się dzieje, ale jesteśmy bardzo podekscytowani tymi wczesnymi trendami”.

Odniesienie: „Galaktyki w kształcie banana: wnioskowanie o geometrii 3D galaktyk o dużym przesunięciu ku czerwieni za pomocą JWST-CEERS”: Viraj Pandya, Haowen Zhang, Mark Huertas, Karthik J. Iyer, Elizabeth McGrath, Guillermo Barro, Steven L. Finkelstein, Martin Quimmel , Williama J. Hartley, Henry C. Fergusona, Jehana S. KartaltepeJoel PrimackAvishay DekelSandra M. Fabera, Davida C. Coe, Greg L. Bryana, Rachel S. SomervilleRicardo O. Amorin, Pablo Arrabal Haro, Michaela B. Bagley, Eric F. Bell, Emmanuel Bertin, Luca Costantin, Romelle Dave, Mark Dickinson, Robert Feldman, Adriano Fontana, Rafael Gavazzi, Mauro Giavalesco, Andrea Grazian, Norman A. Grogen, Yuchen Guo , Changhun Han, Penny Holwerda, Lisa J. Kewleya, Alison Kirkpatricka, Antona M. Quickmore, Jennifer M. Lutz, Ray A. Lucas, Laura Pinterici, Pablo G. Perez Gonzalez, Nor Pierzkal, Dale D. Kosevski, Casey Babovich, Swara Ravindranath, Kaitlyn Rose, Mark Schaefer, Raymond C. Simmons, Amber N. Strawn, Sandro Takela, Jonathan R. Trumpa, Alexandra de la Vegi, Stephena M. Wilkins, Stijn Waits, Guang Yang i Lee Aaron Young zgodzili się, the Dziennik astrofizyczny.
arXiv:2310.15232

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wiodącym na świecie obserwatorium nauk o kosmosie. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. WEB to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami Europejską Agencją Kosmiczną (ESA).Europejska Agencja Kosmiczna) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna.