Просматривая первые изображения известной ранней галактики, сделанные космическим телескопом НАСА имени Джеймса Уэбба (JWST), астрономы Корнелла были заинтригованы, увидев светящееся пятно вблизи ее внешнего края.
Их первоначальным фокусом и целью инфракрасной обсерватории была SPT0418-47, одна из самых ярких пыльных галактик со звездообразованием в ранней Вселенной , ее далекий свет преломлялся и увеличивался гравитацией галактики переднего плана в круг, называемый кольцом Эйнштейна.
Но более глубокое погружение в ранние данные JWST, опубликованные прошлой осенью, привело к счастливому открытию: галактика-компаньон , ранее скрытая за светом галактики на переднем плане, которая, как ни странно, уже содержит несколько поколений звезд, несмотря на ее молодой возраст, оцененный в 1,4. миллиард лет.
«Мы обнаружили, что эта галактика изобилует химическими веществами, чего никто из нас не ожидал», — сказал Бо Пэн, докторант астрономии, руководивший анализом данных. «JWST меняет наш взгляд на эту систему и открывает новые возможности для изучения того, как звезды и галактики формировались в ранней Вселенной».
Пэн является ведущим автором статьи «Открытие пыльного, химически зрелого компаньона галактики звездообразования z~4 в научных данных раннего выпуска JWST», опубликованной 17 февраля в Astrophysical Journal Letters, с восемью соавторами, которые являются нынешними или бывшими членами . кафедры астрономии Колледжа искусств и наук.
Более ранние изображения того же кольца Эйнштейна, полученные Большой миллиметровой/субмиллиметровой решеткой Атакама (ALMA) в Чили, содержали намеки на компаньон, четко разрешенные JSWT, но их нельзя было интерпретировать как нечто большее, чем случайный шум, сказал Амит Вишвас, исследователь. научный сотрудник Корнельского центра астрофизики и планетарных наук (CCAPS) и второй автор статьи.
Исследуя спектральные данные, встроенные в каждый пиксель изображения с прибора JWST NIRSpec, Пэн определил второй новый источник света внутри кольца. Он определил, что два новых источника были изображениями новой галактики, гравитационно линзированной той же самой галактикой переднего плана, которая создала кольцо, хотя они были в 8-16 раз слабее — свидетельство мощности инфракрасного зрения JWST.
Дальнейший анализ химического состава света подтвердил, что сильные эмиссионные линии атомов водорода, азота и серы демонстрируют одинаковое красное смещение — меру того, насколько свет от галактики растягивается в более длинные и красные волны по мере удаления. Это поместило две галактики примерно на одинаковое расстояние от Земли — рассчитанное как красное смещение около 4,2, или около 10% возраста Вселенной — и в одном и том же районе.
Чтобы подтвердить свое открытие, исследователи вернулись к более ранним наблюдениям ALMA. Они обнаружили, что линия излучения ионизированного углерода точно соответствует красному смещению, наблюдаемому JWST.
«Это действительно помогло», — сказал Вишвас. «Поскольку у нас есть несколько эмиссионных линий, сдвинутых точно на одинаковую величину, нет никаких сомнений в том, что эта новая галактика находится там, где мы думаем».
По оценкам ученых, галактика-компаньон, которую они назвали SPT0418-SE, находилась в пределах 5 килопарсеков от кольца. (Магеллановы облака, спутники Млечного Пути, находятся на расстоянии около 50 килопарсеков.) Такая близость предполагает, что галактики должны взаимодействовать друг с другом и, возможно, даже сливаться, — наблюдение, которое дополняет понимание того, как ранние галактики могли эволюционировать в более крупные.
Эти две галактики имеют скромную массу по сравнению с галактиками в ранней Вселенной, причем «юго-восток» относительно меньше и менее запылен, что делает его более голубым, чем чрезвычайно скрытое пылью кольцо. Основываясь на изображениях близлежащих галактик с похожими цветами, исследователи предполагают, что они могут находиться «в массивном ореоле темной материи с еще не обнаруженными соседями».
Самым удивительным в галактике-компаньоне, учитывая ее возраст и массу, была ее зрелая металличность — количество элементов тяжелее гелия и водорода, таких как углерод, кислород и азот. Команда подсчитала, что это сопоставимо с нашим солнцем, которому более 4 миллиардов лет и которое унаследовало большую часть своих металлов от предыдущих поколений звезд, у которых было 8 миллиардов лет, чтобы их построить.
«Мы видим остатки по крайней мере пары поколений звезд, живших и умерших в течение первого миллиарда лет существования Вселенной, чего мы обычно не видим», — сказал Вишвас. «Мы предполагаем, что процесс формирования звезд в этих галактиках должен был быть очень эффективным и начался очень рано во Вселенной, в частности, чтобы объяснить измеренное содержание азота по отношению к кислороду, поскольку это соотношение является надежной мерой того, сколько поколений звезд жили и умерли».
Исследователи представили предложение о времени наблюдения JWST, чтобы продолжить изучение кольца и его спутников и согласовать потенциальные различия, наблюдаемые между оптическим и дальним инфракрасным спектром.
«Мы все еще работаем над этой галактикой», — сказал Пэн. «В этих данных есть еще что исследовать».
Команда поблагодарила научную программу раннего выпуска, которая сделала данные JWST немедленно доступными для общественности, под названием ШАБЛОНЫ: Нацеливание на чрезвычайно увеличенные панхроматические линзовые дуги и их расширенное звездообразование, которую возглавляет астрофизик НАСА Джейн Ригби, научный сотрудник проекта по эксплуатации обсерватории.
