Astronomët zbulojnë një galaktikë të pasur me metal në universin e hershëm

Duke skanuar imazhet e para të një galaktike të hershme të mirënjohur të marra nga teleskopi hapësinor James Webb (JWST) i NASA-s, astronomët e Cornell ishin të intriguar të shihnin një pikë drite pranë skajit të saj të jashtëm.

Fokusi i tyre fillestar dhe objektivi i observatorit infra të kuqe, ishte SPT0418-47, një nga galaktikat më të ndritshme me pluhur, yje-formuese në universin e hershëm, drita e saj e largët e përkulur dhe e zmadhuar nga graviteti i një galaktike në plan të parë në një rreth, të quajtur unaza e Ajnshtajnit.

Por një zhytje më e thellë në të dhënat e hershme të JWST të lëshuara vjeshtën e kaluar prodhoi një zbulim të çuditshëm: një galaktikë shoqëruese e fshehur më parë pas dritës së galaktikës në plan të parë, një që çuditërisht duket se tashmë ka pritur breza të shumtë yjesh, pavarësisht moshës së saj të re, e vlerësuar në 1.4 miliardë vjet të vjetra.

“Ne zbuluam se kjo galaktikë ishte super-kimikisht e bollshme, diçka që askush prej nesh nuk e priste,” tha Bo Peng, një student i doktoraturës në astronomi, i cili drejtoi analizën e të dhënave. “JWST ndryshon mënyrën se si ne e shohim këtë sistem dhe hap vende të reja për të studiuar se si yjet dhe galaktikat u formuan në universin e hershëm.”

Peng është autori kryesor i “Zbulimi i një shoqëruesi me pluhur, kimikisht të pjekur për z~4 galaktikën e shpërthimit të yjeve në JWST Early Release Science Data”, botuar më 17 shkurt në Astrophysical Journal Letters, me tetë bashkautorë që janë anëtarë aktualë ose të mëparshëm i Departamentit të Astronomisë në Kolegjin e Arteve dhe Shkencave.

Imazhet e mëparshme të së njëjtës unazë të Ajnshtajnit të kapura nga Atacama Large Milimeter/nënmilimetër Array (ALMA) në Kili përmbanin sugjerime të shoqëruesit të zgjidhura qartë nga JSWT, por ato nuk mund të interpretoheshin si asgjë më shumë se zhurmë e rastësishme, tha Amit Vishwas, një. bashkëpunëtor kërkimor në Qendrën Cornell për Astrofizikën dhe Shkencat Planetare (CCAPS) dhe autori i dytë i punimit.

Duke hetuar të dhënat spektrale të ngulitura në çdo piksel të imazheve nga instrumenti NIRSpec i JWST, Peng identifikoi një burim të dytë të ri drite brenda unazës. Ai përcaktoi se dy burimet e reja ishin imazhet e një galaktike të re që lentet gravitacionale nga e njëjta galaktikë në plan të parë përgjegjëse për krijimin e unazës, megjithëse ato ishin tetë deri në 16 herë më të zbehta – një dëshmi e fuqisë së vizionit infra të kuqe të JWST.

Analiza e mëtejshme e përbërjes kimike të dritës konfirmoi se linjat e forta të emetimit nga atomet e hidrogjenit, azotit dhe squfurit shfaqnin zhvendosje të ngjashme të kuqe – një masë e asaj se sa dritë nga një galaktikë shtrihet në gjatësi vale më të gjata dhe më të kuqe ndërsa ajo largohet më shumë. Kjo i vendosi dy galaktikat afërsisht të njëjtën distancë nga Toka – e llogaritur si një zhvendosje e kuqe prej rreth 4.2, ose rreth 10% e moshës së universit – dhe në të njëjtën fqinjësi.

Për të verifikuar zbulimin e tyre, studiuesit iu kthyen vëzhgimeve të mëparshme të ALMA-s. Ata gjetën një linjë emetimi të karbonit të jonizuar që përputhej ngushtë me zhvendosjet e kuqe të vëzhguara nga JWST.

“Kjo me të vërtetë e goditi atë,” tha Vishwas. “Për shkak se ne kemi disa linja emetimi të zhvendosura saktësisht me të njëjtën sasi, nuk ka dyshim se kjo galaktikë e re është aty ku mendojmë se është.”

Ekipi vlerësoi se galaktika shoqëruese, të cilën ata e etiketuan SPT0418-SE, ishte brenda 5 kiloparsekëve të unazës. (Retë e Magelanit, satelitët e Rrugës së Qumështit, janë rreth 50 kiloparsekë larg.) Kjo afërsi sugjeron që galaktikat janë të detyruara të ndërveprojnë me njëra-tjetrën dhe potencialisht edhe të bashkohen, një vëzhgim që shton të kuptuarit se si galaktikat e hershme mund të kenë evoluar në ato më të mëdha.

Të dy galaktikat janë modeste në masë siç shkojnë galaktikat në universin e hershëm, me “SE” relativisht më të vogël dhe më pak pluhur, duke e bërë atë të duket më blu se unaza jashtëzakonisht e errësuar nga pluhuri. Bazuar në imazhet e galaktikave të afërta me ngjyra të ngjashme, studiuesit sugjerojnë se ato mund të banojnë “në një aureolë masive të lëndës së errët me fqinjë ende të pazbuluar”.

Më e habitshme në lidhje me galaktikën shoqëruese, duke marrë parasysh moshën dhe masën e saj, ishte metaliciteti i saj i pjekur – sasi elementësh më të rëndë se heliumi dhe hidrogjeni, si karboni, oksigjeni dhe azoti. Ekipi vlerësoi se është i krahasueshëm me diellin tonë, i cili është më shumë se 4 miliardë vjet i vjetër dhe trashëgoi shumicën e metaleve të tij nga gjeneratat e mëparshme të yjeve që kishin 8 miliardë vjet për t’i ndërtuar ato.

“Ne po shohim mbetjet e të paktën disa gjeneratave të yjeve që kanë jetuar dhe vdekur brenda miliardë viteve të para të ekzistencës së universit, gjë që nuk është ajo që shohim zakonisht”, tha Vishwas. “Ne spekulojmë se procesi i formimit të yjeve në këto galaktika duhet të ketë qenë shumë efikas dhe ka filluar shumë herët në univers, veçanërisht për të shpjeguar sasinë e matur të azotit në raport me oksigjenin, pasi ky raport është një masë e besueshme e numrit të gjeneratave të yjeve. kanë jetuar dhe kanë vdekur”.

Studiuesit kanë paraqitur një propozim për kohën e vëzhgimit të JWST për të vazhduar studimin e unazës dhe shoqëruesve të saj dhe për të pajtuar dallimet e mundshme të vëzhguara midis spektrit optik dhe infra të kuqe të largët.

“Ne jemi ende duke punuar në këtë galaktikë,” tha Peng. “Ka më shumë për të eksploruar në këto të dhëna.”

Ekipi falënderoi programin shkencor të lëshimit të hershëm që i bëri të dhënat e JWST menjëherë të disponueshme për publikun, të quajtur TEMPLATES: Targeting Extremely Magnified Panchromatic Lensed Arcs and their Extended Star formation, të udhëhequr nga astrofizikante e NASA-s Jane Rigby, shkencëtare e projektit të operacioneve të observatorit.