A doua si a patra cea mai indepartata galaxie observata vreodata au fost descoperite intr-o regiune a spatiului cunoscuta sub numele de Pandora Cluster, sau Abell 2744 , folosind date de la NASA James Webb Space Telescope (JWST), raporteaza cercetatorii. Folosind o imagine de camp profund a zonei, o echipa internationala condusa de cercetatori de la Penn State din Statele Unite, cu participarea din Israel, Franta, Tarile de Jos, Japonia si Mexic, a confirmat distanta acestor galaxii antice si a dedus proprietatile acestora folosind noi date spectroscopice.
La aproape 33 de miliarde de ani lumina distanta , aceste galaxii incredibil de indepartate ofera o perspectiva asupra modului in care s-ar fi putut forma primele galaxii.
Spre deosebire de alte galaxii confirmate la aceasta distanta, care apar in imagini ca puncte rosii, noile galaxii sunt mai mari si arata ca o alune si o minge pufoasa, potrivit cercetatorilor.
„Se cunosc foarte putine lucruri despre Universul timpuriu si singura modalitate de a afla despre acea perioada si de a testa teoriile noastre despre formarea si cresterea primelor galaxii este cu aceste galaxii foarte indepartate”, explica Bingjie Wang, primul autor al studiului. , un bursier postdoctoral la Eberly College of Science de la Universitatea de Stat din Pennsylvania si membru al echipei JWST Uncover (Ultradeep NIRSpec si NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization) care a efectuat cercetarea.
„Inainte de analiza noastra, cunosteam doar trei galaxii confirmate in jurul acestei distante extreme”, continua el. „Studiul acestor noi galaxii si proprietatile lor a dezvaluit diversitatea galaxiilor din universul timpuriu si cat de multe mai sunt de invatat din ele”.
Deoarece lumina din aceste galaxii a trebuit sa calatoreasca atat de mult pentru a ajunge pe Pamant, ea ofera o fereastra catre trecut. Echipa de cercetare estimeaza ca lumina detectata de JWST a fost emisa de cele doua galaxii cand universul avea aproximativ 330 de milioane de ani si a calatorit aproximativ 13,4 miliarde de ani lumina pentru a ajunge la JWST.
Cu toate acestea, conform cercetatorilor, galaxiile sunt in prezent mai aproape de Pamant, la aproximativ 33 de miliarde de ani lumina, datorita expansiunii universului in acest timp.
„Lumina din aceste galaxii este veche, de aproximativ trei ori mai veche decat Pamantul ”, explica Joel Leja, profesor asociat de astronomie si astrofizica la Penn State si membru al Uncover. „Aceste galaxii primitive sunt ca niste faruri care emit lumina prin hidrogenul foarte subtire. gazul care a format universul timpuriu. Numai prin lumina sa putem incepe sa intelegem fizica exotica care a guvernat galaxia in apropierea zorilor cosmici.”
Cele doua galaxii sunt considerabil mai mari decat cele trei galaxii aflate anterior la aceste distante extreme. Una dintre ele este de cel putin sase ori mai mare, cu aproximativ 2.000 de ani lumina in diametru. Pentru comparatie, Calea Lactee are o lungime de aproximativ 100.000 de ani lumina, dar, potrivit lui Wang, se crede ca universul timpuriu a fost foarte comprimat, asa ca este surprinzator ca galaxia este atat de mare.
„Galaxiile descoperite anterior la aceste distante sunt surse punctuale: ele apar ca un punct in imaginile noastre”, explica Wang, „dar una dintre a noastra pare alungita, aproape ca o alune, iar cealalta arata ca o minge spongioasa”.
Potrivit acestuia, „nu este clar daca diferenta de marime se datoreaza modului in care s-au format stelele sau ce s-a intamplat cu ele dupa ce s-au format, dar diversitatea proprietatilor galaxiilor este cu adevarat interesanta. Este de asteptat ca aceste prime galaxii. au fost formate, formate din materiale similare, dar deja dau semne ca sunt foarte diferite unele de altele”, adauga el.
Cele doua galaxii s-au numarat printre cele 60.000 de surse de lumina din Clusterul Pandora detectate intr-una dintre primele imagini in camp adanc realizate de JWST in 2022, primul sau an de operatiuni stiintifice. Aceasta regiune a spatiului a fost selectata partial deoarece se afla in spatele mai multor grupuri de galaxii care creeaza un efect natural de marire numit lentila gravitationala.
Atractia gravitationala a masei combinate a clusterelor deformeaza spatiul din jurul lor, concentrand si marind orice lumina care trece prin apropiere si oferind o vedere marita in spatele clusterelor.
In cateva luni, echipa Uncover a restrans cele 60.000 de surse de lumina la 700 de candidate pentru studii suplimentare, dintre care opt au crezut ca ar putea fi printre primele galaxii. Apoi, JWST a vizat din nou Clusterul Pandora, inregistrand spectrele candidatilor, un fel de amprenta care detaliaza cantitatea de lumina emisa la fiecare lungime de unda.
„Mai multe echipe diferite folosesc abordari diferite pentru a cauta aceste galaxii antice si fiecare are punctele sale forte si punctele sale slabe”, subliniaza Leja. „Faptul ca tintim aceasta lupa uriasa in spatiu ne ofera o fereastra incredibil de adanca, dar este o fereastra foarte mica, asa ca aruncam zarurile”.
Dupa cum explica el, „mai multi dintre candidati au fost neconcludenti si cel putin unul a fost un caz de identitate gresita: a fost ceva mult mai apropiat care imita o galaxie indepartata. Dar am fost norocosi si doua s-au dovedit a fi aceste galaxii antice. Este incredibil.” , apostila.
Cercetatorii au folosit, de asemenea, modele detaliate pentru a deduce proprietatile acestor galaxii timpurii atunci cand au emis lumina detectata de JWST. Dupa cum era de asteptat, cele doua galaxii erau tinere, aveau putine metale in compozitia lor si cresteau rapid si formeaza activ stele.
„Primele elemente au fost forjate in nucleele primelor stele prin procesul de fuziune”, explica Leja. „Este logic ca aceste prime galaxii sa nu aiba elemente grele, precum metalele, pentru ca au fost unele dintre primele fabrici care au construit. acele elemente grele .” Si, desigur, ar trebui sa fie tinere si formatoare de stele pentru a fi primele galaxii, dar confirmarea acestor proprietati este un test de baza important al modelelor noastre si ajuta la confirmarea intregii paradigme a teoriei Big Bang. ” el adauga.
Cercetatorii subliniaza ca, impreuna cu lentilele gravitationale, instrumentele puternice in infrarosu ale JWST ar trebui sa fie capabile sa detecteze galaxii la distante si mai mari, daca acestea exista.
„Aveam o fereastra foarte mica in aceasta regiune si nu am observat nimic dincolo de aceste doua galaxii, chiar daca JWST are capacitatea”, subliniaza Leja. „Asta ar putea insemna ca galaxiile pur si simplu nu s-au format inainte de acel moment si ca “Nu vom gasi nimic in afara de asta. Sau ar putea insemna ca nu am fost suficient de norocosi cu fereastra noastra mica.”
Aceasta lucrare a fost rezultatul unei propuneri de succes transmise NASA care sugereaza cum sa foloseasca JWST in primul sau an de operatiuni stiintifice . In primele trei cicluri de depunere a propunerilor, NASA a primit de patru pana la zece ori mai multe propuneri decat a permis timpul de observare disponibil al telescopului si a trebuit sa selecteze doar o fractiune dintre ele.
„Echipa noastra a fost foarte incantata si putin surprinsa cand propunerea noastra a fost acceptata”, spune Leja. „ A implicat coordonare, actiune umana rapida si telescopul indreptat de doua ori spre acelasi lucru, ceea ce este foarte mult de cerut unui telescop. primul an.” “A fost o presiune mare pentru ca am avut doar cateva luni pentru a determina obiectele de urmat. Dar JWST a fost construit pentru a gasi aceste prime galaxii si este foarte interesant sa o facem acum.”
