Astronomlar erken evrende metal açısından zengin galaksiyi keşfetti

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu (JWST) tarafından çekilen, iyi bilinen bir erken gökadanın ilk görüntülerini tarayan Cornell astronomları, dış kenarına yakın bir ışık damlası görmek için ilgilerini çekti.

İlk odak noktaları ve kızılötesi gözlemevinin hedefi, erken evrendeki en parlak tozlu, yıldız oluşturan gökadalardan biri olan SPT0418-47 idi; uzaktaki ışığı, ön plandaki bir gökadanın yerçekimi tarafından Einstein halkası adı verilen bir daireye dönüşerek büküldü ve büyütüldü.

Ancak geçen sonbaharda yayınlanan ilk JWST verilerine daha derinlemesine bakıldığında, şans eseri bir keşif ortaya çıktı: daha önce ön plandaki gökadanın ışığının arkasına gizlenmiş olan ve 1,4 olarak tahmin edilen genç yaşına rağmen şaşırtıcı bir şekilde birden çok yıldız nesline ev sahipliği yapmış gibi görünen bir eş gökada. milyar yaşında.

Veri analizine öncülük eden astronomi doktora öğrencisi Bo Peng, “Bu galaksinin kimyasal olarak çok bol olduğunu bulduk, bu hiçbirimizin beklemediği bir şeydi,” dedi. “JWST, bu sisteme bakış açımızı değiştiriyor ve erken evrende yıldızların ve galaksilerin nasıl oluştuğunu incelemek için yeni alanlar açıyor.”

Peng, 17 Şubat’ta ABD’de yayınlanan “Discovery of a Dusty, Chemically Mature Companion to z~4 Starburst Galaxy in JWST Early Release Science Data” kitabının baş yazarıdır. Astrofizik Dergi MektuplarıFen Edebiyat Fakültesi Astronomi Bölümü’nün mevcut veya eski üyeleri olan sekiz ortak yazarla.

Amit Vishwas, aynı Einstein halkasının Şili’deki Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizilimi (ALMA) tarafından yakalanan daha önceki görüntülerinin, JSWT tarafından açıkça çözümlenen yol arkadaşı ipuçları içerdiğini, ancak bunların rastgele gürültüden başka bir şey olarak yorumlanamayacağını söyledi. Cornell Astrofizik ve Gezegen Bilimleri Merkezi’nde (CCAPS) araştırma görevlisi ve makalenin ikinci yazarı.

Peng, JWST’nin NIRSpec cihazından gelen görüntülerin her bir pikseline gömülü spektral verileri araştırırken, halkanın içinde ikinci bir yeni ışık kaynağı belirledi. JWST’nin kızılötesi görüşünün gücünün bir kanıtı olan sekiz ila 16 kat daha sönük olmalarına rağmen, iki yeni kaynağın, halkayı oluşturmaktan sorumlu ön plandaki aynı gökada tarafından kütleçekimsel olarak merceklenen yeni bir gökadanın görüntüleri olduğunu belirledi.

Işığın kimyasal bileşiminin daha ayrıntılı analizi, hidrojen, nitrojen ve kükürt atomlarından gelen güçlü emisyon çizgilerinin benzer kırmızıya kaymalar gösterdiğini doğruladı; bu, bir galaksiden gelen ışığın ne kadarının uzaklaştıkça daha uzun, daha kırmızı dalga boylarına uzandığının bir ölçüsüdür. Bu, iki gökadayı Dünya’dan aşağı yukarı aynı uzaklığa – yaklaşık 4,2’lik bir kırmızıya kayma veya evrenin yaşının yaklaşık %10’u olarak hesaplanmıştır – ve aynı mahalleye yerleştirdi.

Araştırmacılar keşiflerini doğrulamak için önceki ALMA gözlemlerine geri döndüler. JWST tarafından gözlemlenen kırmızıya kaymalarla yakından eşleşen bir iyonize karbon emisyon çizgisi buldular.

Vishwas, “Bu gerçekten onu çiviledi,” dedi. “Tam olarak aynı miktarda kaydırılan birkaç emisyon çizgimiz olduğu için, bu yeni galaksinin düşündüğümüz yerde olduğuna hiç şüphe yok.”

Ekip, SPT0418-SE olarak adlandırdıkları eşlik eden gökadanın halkanın 5 kiloparsek yakınında olduğunu tahmin ediyor. (Samanyolu’nun uyduları olan Macellan Bulutları yaklaşık 50 kiloparsek uzaktadır.) Bu yakınlık, galaksilerin birbirleriyle etkileşime girmek zorunda olduklarını ve hatta potansiyel olarak birleşeceklerini düşündürür; bu, erken galaksilerin nasıl evrimleşmiş olabileceğinin anlaşılmasına katkıda bulunan bir gözlemdir. daha büyük olanlar

İki gökada, erken evrendeki gökadalar gibi kütle olarak mütevazidir, “SE” nispeten daha küçük ve daha az tozludur, bu da onun aşırı derecede tozla gizlenmiş halkadan daha mavi görünmesini sağlar. Araştırmacılar, benzer renklere sahip yakın galaksilerin görüntülerine dayanarak, “henüz keşfedilmemiş komşuları olan büyük bir karanlık madde halesinde” yaşayabileceklerini öne sürüyorlar.

Yaşı ve kütlesi göz önüne alındığında, eşlik eden gökada hakkında en şaşırtıcı şey, olgun metalikliğiydi – karbon, oksijen ve nitrojen gibi helyum ve hidrojenden daha ağır elementler. Ekip, bunun 4 milyar yıldan daha eski olan ve metallerinin çoğunu, onları oluşturmak için 8 milyar yılı olan önceki nesil yıldızlardan miras alan güneşimizle karşılaştırılabilir olduğunu tahmin etti.

Vishwas, “Evrenin varoluşunun ilk milyar yılı içinde yaşamış ve ölmüş en az birkaç yıldız neslinin artıklarını görüyoruz, ki bu genellikle gördüğümüz şey değil” dedi. “Bu galaksilerdeki yıldız oluşum sürecinin, özellikle nitrojenin oksijene göre ölçülen bolluğunu açıklamak için çok verimli ve evrende çok erken başlamış olması gerektiğini düşünüyoruz, çünkü bu oran kaç nesil yıldızın güvenilir bir ölçüsüdür. yaşadı ve öldü.”

Araştırmacılar, JWST gözlem süresi için halka ve eşlik edenleri incelemeye devam etmek ve optik ve uzak kızılötesi spektrum arasında gözlemlenen potansiyel farklılıkları uzlaştırmak için bir teklif sundular.

Peng, “Hala bu galaksi üzerinde çalışıyoruz” dedi. “Bu verilerde keşfedilecek daha çok şey var.”

Ekip, JWST verilerini hemen halka açık hale getiren erken yayınlanan bilim programına teşekkür etti.