Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил «галактику Спарклер»

Первое изображение научного качества, полученное с помощью новейшего космического телескопа НАСА, содержало скрытое сокровище в виде искрящейся далекой галактики, окруженной плотными скоплениями, которые могут содержать некоторые из первых звезд во Вселенной. На этом изображении, первом изображении глубокого поля, полученном космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), было представлено потрясающее множество галактик.

А группа канадских астрономов увеличила масштаб галактики, расположенной в 9 миллиардах световых лет от Земли, получившей название «Галактика Спарклер», потому что окружающие ее компактные объекты выглядят как маленькие сверкающие желто-красные точки. Галактика сама по себе примечательна своим странным вытянутым видом, но окружающие ее объекты, давшие название прозвищу, представляют особый научный интерес, поскольку могут быть самыми далекими шаровыми скоплениями звезд, когда-либо найденными астрономами.

Шаровые скопления — это коллекции древних звезд, которые относятся к зачатию галактики, поэтому они могут содержать подсказки о ранних стадиях галактического формирования, роста и эволюции. Глядя на 12 компактных объектов, окружающих галактику Спарклер, канадская команда NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS) обнаружила, что пять из них действительно являются шаровыми скоплениями.

Более того, это могут быть одни из самых старых шаровых скоплений, которые когда-либо наблюдались, возможно, восходящие к тому времени, когда во Вселенной впервые начали рождаться звезды.

«Для нас было действительно удивительно, что мы смогли найти такой уникальный объект так рано в данных JWST», — сказал Картейк Г. Айер, астроном из университета Торонто в Канаде и соавтор исследования.

«Согласно нашему анализу, мы обнаружили, что большинство этих искр вокруг основного тела галактики представляют собой действительно массивные и действительно старые звездные системы».

Изображение JWST позволило команде наблюдать «искры» в диапазоне длин волн, отметил Айер, а это означает, что ученые могут точно моделировать скопления, чтобы лучше понять их физические свойства, включая их возраст и количество содержащихся в них звезд. Использование таких далеких шаровых скоплений для датирования первых звезд в далеких ранних галактиках было невозможно до JWST.

«Что мы пытаемся сделать, так это определить возраст всех объектов во Вселенной — звезд, галактик и шаровых скоплений — потому что мы хотим знать, когда начали рождаться звезды? » Ламия Маула, соавтор исследования, а также астроном из университета Торонто.

Млечный Путь содержит примерно 150 шаровых скоплений, но ученые изо всех сил пытались определить их возраст. Маула объяснил, что, хотя определить возраст большинства объектов в нашей галактике относительно легко, это не относится к особенно древним объектам, которые уже кажутся старыми при ближайшем рассмотрении и, таким образом, относятся к более позднему времени.

Гораздо проще датировать более далекие скопления, такие как галактика Спарклер, которую астрономы видят такими, какими они были 9 миллиардов лет назад, когда скопление было намного моложе, а возраст самой Вселенной всего 4,5 миллиарда лет. Подумайте о шаровых скоплениях, стареющих так же, как люди, сказал Маула.

«Стареющие шаровые скопления в Млечном Пути — это все равно, что смотреть на картинку, пытаясь сказать, 50 лет человеку или 55 лет этому человеку», — сказала она. «Легче сказать, 5 лет кому-то или 10 лет. Еще легче сказать, 1-летний это человек или 6-летний».

И поскольку астрономы видят шаровые скопления, окружающие галактику Спарклер, такими, какими они были 9 миллиардов лет назад, они выглядят очень молодыми, поэтому определение их возраста похоже на взгляд на изображение младенца, а не человека средних лет.

Астрономы также подтвердили возраст скоплений, используя данные канадского прибора для формирования изображений и бесщелевого спектрографа (NIRISS) на JWST. Наблюдения NIRISS не выявили признаков кислорода, который обычно связан с молодыми скоплениями, активно формирующими звезды.

JWST получил помощь в наблюдении за галактикой Спарклер как от космического телескопа Хаббла, который ранее наблюдал за галактикой, но не смог разрешить окружающие ее шаровые скопления, так и от природного явления, называемого гравитационным линзированием.

Рука помощи из общей теории относительности

Гравитационное линзирование было впервые предсказано в 1915 году общей теорией относительности Эйнштейна и с тех пор стало мощным инструментом для астрономов. Общая теория относительности утверждает, что объекты большой массы искривляют ткань пространства-времени. Думайте об этом как о размещении шаров увеличивающейся массы на натянутом резиновом листе: чем больше масса, тем большую «вмятину» или искривление она вызывает.

В пространстве эта кривизна искривляет путь света. Когда масса объекта линзы переднего плана экстремальна, это может привести к тому, что фоновый объект — источник этого света — будет казаться намного больше или в нескольких местах на изображении. Гравитационное линзирование — это то, что придает Галактике Спарклер ее странную, вытянутую форму и увеличивает ее достаточно, чтобы JWST мог ее обнаружить.

Это явление также заставляет несколько окружающих кластеров появляться в нескольких точках на изображении глубокого поля JWST. Вместе увеличение и множественные изображения, созданные с помощью гравитационного линзирования, помогли в изучении этих объектов, но также помогли подтвердить, что эти скопления действительно вращаются вокруг галактики Спарклер, а не просто «накладываются» поверх нее в поле зрения JWST.

Один из оставшихся вопросов, связанных с галактикой Спарклер, заключается в том, насколько сильно объект линзы переднего плана, скопление галактик SMACS 0723, увеличивает ее. «Увеличение галактики Спарклер и ее окрестностей не так хорошо ограничено, как хотелось бы», — сказал Айер. «Поэтому одна из вещей, которую мы хотим сделать, — это построить лучшую модель увеличения, чтобы мы могли выяснить, увеличивается ли она в 10 раз или в 100 раз».

Выяснение того, насколько увеличена галактика Спарклер и ее скопления, может помочь более точно определить такие свойства, как их возраст и расстояние от Земли. Команда CANUCS также будет использовать телескоп JWST в октябре для изучения пяти массивных скоплений галактик, вокруг которых они ожидают найти больше систем, подобных тем, что находятся вокруг галактики Спарклер.

«Мы надеемся, что знание того, что шаровые скопления можно наблюдать с таких больших расстояний с помощью JWST, будет стимулировать дальнейшие исследования и поиски подобных объектов», — сказал Айер.

Влияние космического телескопа Джеймса Уэбба на астрономию

Астрономы и любители космоса с нетерпением ждали публикации первых изображений JWST. Айер сказал, что некоторые из его коллег из CANUCS не спали в ту ночь, когда было обнаружено изображение глубокого поля, и Маула оглянулся на волнение ночи и на то, как быстро начался поиск важных космических объектов.

«Большое открытие пришло от НАСА вечером, и на следующий день вся коллаборация CANUCS вместе смотрела на это изображение», — сказал Маула. «Затем мы увидели эту систему с сильными линзами странной формы», — добавила она. «Даже на цветном изображении эта штука выделяется, и там есть эти звездные скопления, такие как эти маленькие точки, которых вы не видите в других галактиках».

По их словам, открытие таких далеких шаровых скоплений на первом изображении глубокого поля, полученном JWST, является примером того, как телескоп продолжает давать впечатляющие результаты и в процессе формирует будущее астрономии.

Дуэт ссылается на тот факт, что, хотя галактика Спарклер и ее шарообразные спутники достаточно далеки, чтобы их можно было увидеть, когда Вселенной было всего около 4 миллиардов лет, это все еще сравнительно близко, учитывая, что JWST был разработан, чтобы видеть галактики такими, какие они есть.

Всего через сотни миллионов лет после Большого Взрыва. «Мы получаем более глубокие данные, чем мы ожидали, что весьма удивительно в самом прекрасном смысле», — сказал Маула. А для Маулы, начинающего исследователя, время как нельзя лучше.

«Это невероятное время для нас, молодых астрономов, которые только начинают свою деятельность», — добавила она. «Люди так долго ждали этого телескопа, поэтому нам невероятно повезло, что он появился в самом начале нашей карьеры».