Telescopul spațial James Webb se uită înapoi la universul timpuriu și vede galaxii precum Calea Lactee

Această simulare arată atât modul în care se formează barele stelare (stânga), cât și fluxurile de gaz conduse de bare (dreapta). Barele stelare joacă un rol important în evoluția galaxiei prin canalizarea gazului în regiunile centrale ale unei galaxii, unde este transformat rapid în noi stele, la o rată de obicei de 10 până la 100 de ori mai rapidă decât cea din restul galaxiei. Barele contribuie, de asemenea, indirect la creșterea găurilor negre supermasive din centrul galaxiilor prin canalizarea unei părți din gaz. Credit: Françoise Combes, Observatorul din Paris

Poze noi cu[{” attribute=””>NASA’s James Webb Space Telescope (JWST) reveal for the first time galaxies with stellar bars — elongated features of stars stretching from the centers of galaxies into their outer disks — at a time when the universe was a mere 25% of its present age. The finding of so-called barred galaxies, similar to our Milky Way, this early in the universe will require astrophysicists to refine their theories of galaxy evolution.

Prior to JWST, images from the Hubble Space Telescope had never detected bars at such young epochs. In a Hubble image, one galaxy, EGS-23205, is little more than a disk-shaped smudge, but in the corresponding JWST image taken this past summer, it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar.

“I took one look at these data, and I said, ‘We are dropping everything else!’” said Shardha Jogee, professor of astronomy at The University of Texas at Austin. “The bars hardly visible in Hubble data just popped out in the JWST image, showing the tremendous power of JWST to see the underlying structure in galaxies,” she said, describing data from the Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), led by UT Austin professor, Steven Finkelstein.

The power of JWST to map galaxies at high resolution and at longer infrared wavelengths than Hubble allows it look through dust and unveil the underlying structure and mass of distant galaxies. This can be seen in these two images of the galaxy EGS23205, seen as it was about 11 billion years ago. In the HST image (left, taken in the near-infrared filter), the galaxy is little more than a disk-shaped smudge obscured by dust and impacted by the glare of young stars, but in the corresponding JWST mid-infrared image (taken this past summer), it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar. Credit: NASA/CEERS/University of Texas at Austin

The team identified another barred galaxy, EGS-24268, also from about 11 billion years ago, which makes two barred galaxies existing farther back in time than any previously discovered.

In an article accepted for publication in The Astrophysical Journal Letters, they highlight these two galaxies and show examples of four other barred galaxies from more than 8 billion years ago.

“For this study, we are looking at a new regime where no one had used this kind of data or done this kind of quantitative analysis before,” said Yuchen “Kay” Guo, a graduate student who led the analysis, “so everything is new. It’s like going into a forest that nobody has ever gone into.”

Bars play an important role in galaxy evolution by funneling gas into the central regions, boosting star formation.

“Bars solve the supply chain problem in galaxies,” Jogee said. “Just like we need to bring raw material from the harbor to inland factories that make new products, a bar powerfully transports gas into the central region where the gas is rapidly converted into new stars at a rate typically 10 to 100 times faster than in the rest of the galaxy.”

Bars also help to grow supermassive black holes in the centers of galaxies by channeling the gas part of the way.

Această simulare arată atât modul în care se formează barele stelare (stânga), cât și fluxurile de gaz conduse de bare (dreapta). Barele stelare joacă un rol important în evoluția galaxiei prin canalizarea gazului în regiunile centrale ale unei galaxii, unde este transformat rapid în noi stele, la o rată de obicei de 10 până la 100 de ori mai rapidă decât cea din restul galaxiei. Barele contribuie, de asemenea, indirect la creșterea găurilor negre supermasive din centrul galaxiilor prin canalizarea unei părți din gaz. Credit: Françoise Combes, Observatorul din Paris

Descoperirea barelor în timpul acestor epoci timpurii bulversează scenariile evolutive ale galaxiilor în mai multe moduri.

„Această descoperire a primelor bare înseamnă că modelele de evoluție a galaxiilor au acum o nouă cale prin bare pentru a accelera producția de noi stele în epocile timpurii”, a spus Jogee.

Și însăși existența acestor bare timpurii sfidează modelele teoretice, deoarece ele trebuie să înțeleagă corect fizica galaxiilor pentru a prezice abundența corectă a barelor. Echipa va testa diferite modele în următoarele articole.

Montaj de imagini JWST care arată șase exemple de galaxii barate, dintre care două reprezintă cei mai mari timpi retrospectivi identificați și caracterizați cantitativ până în prezent. Etichetele din stânga sus a fiecărei figuri arată timpul retrospectiv al fiecărei galaxii, variind de la 8,4 la 11 miliarde de ani (Gyr), când universul avea doar 40% până la 20% din vârsta sa actuală. Credit: NASA/CEERS/Universitatea din Texas din Austin

JWST poate dezvălui structuri în galaxii îndepărtate mai bine decât Hubble din două motive: în primul rând, oglinda sa mai mare îi oferă o capacitate mai mare de adunare a luminii, permițându-i să vadă mai departe și cu o rezoluție mai mare. În al doilea rând, poate vedea mai bine prin praf, deoarece observă la lungimi de undă infraroșii mai mari decât Hubble.

Studenții de licență Eden Wise și Zilei Chen au jucat un rol cheie în cercetare, examinând vizual sute de galaxii, căutându-le pe cele care păreau să aibă bare, restrângând lista la câteva zeci pentru celelalte. cercetătorii le pot analiza cu mai multă intensitate. abordare matematică. abordare.

Referință: „First Look at z > 1 Bars in the Rest-Frame Near-Infrared with JWST Early CEERS Imaging” de Yuchen Guo, Shardha Jogee, Steven L. Finkelstein, Zilei Chen, Eden Wise, Micaela B. Bagley, Guillermo Barro, Stijn Wuyts, Dale D. Kocevski, Jeyhan S. Kartaltepe, Elizabeth J. McGrath, Henry C. Ferguson, Bahram Mobasher, Mauro Giavalisco, Ray A. Lucas, Jorge A. Zavala, Jennifer M. Lotz, Norman A. Grogin, Marc Huertas-Company, Jesús Vega-Ferrero, Nimish P. Hathi, Pablo Arrabal Haro, Mark Dickinson, Anton M. Koekemoer, Casey Papovich, Nor Pirzkal, LY Aaron Yung, Bren E. Backhaus, Eric F. Bell, Antonello Calabrò, Nikko J. Cleri, Rosemary T. Coogan, MC Cooper, Luca Costantin, Darren Croton, Kelcey Davis, Alexander de la Vega, Avishai Dekel, Maximilien Franco, Jonathan P. Gardner, Benne W. Holwerda, Taylor A. Hutchison, Viraj Pandya, Pablo G. Pérez-González, Swara Ravindranath, Caitlin Rose, Jonathan R. Trump și Weichen Wang, au acceptat, Scrisori din Jurnalul Astrofizic.
arXiv:2210.08658

Alți co-autori de la UT Austin sunt Steven Finkelstein, Micaela Bagley și Maximilien Franco. Zeci de coautori din alte instituții provin din SUA, Marea Britanie, Japonia, Spania, Franța, Italia, Australia și Israel.

Finanțarea acestei cercetări a fost asigurată parțial de Roland K. Blumberg Endowment in Astronomy, Fundația Heising-Simons și NASA. Această lucrare s-a bazat pe resursele Centrului de calcul avansat din Texas, inclusiv Frontera, cel mai puternic supercomputer al unei universități americane.