Обнаружена галактика, сверкающая самыми старыми звездными скоплениями во Вселенной

Астрономы использовали космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) для идентификации самых отдаленных шаровых скоплений из когда-либо обнаруженных - плотных групп из миллионов звезд, которые могут быть реликтами, содержащими первые и самые старые звезды во Вселенной.

Тысячи галактик заполняют это изображение галактического скопления SMACS 0723, сделанное в ближнем инфракрасном диапазоне с высоким разрешением. Credit: NASA, ESA, CSA, STScI

Об этом рассказали в Университете Торонто.

Результаты раннего анализа снимка "Уэбба" под названием "Первое глубокое поле", на котором изображены некоторые из самых ранних галактик Вселенной, были опубликованы 29 сентября в журнале The Astrophysical Journal Letters.

"JWST был создан для поиска первых звезд и первых галактик, а также для того, чтобы помочь нам понять истоки сложностей во Вселенной, таких как химические элементы и строительные блоки жизни", - говорит Ламия Моула, постдокторант из Института астрономии и астрофизики Данлапа при Университете Торонто и одна из ведущих авторов исследования, которое было проведено командой "Непредвзятый обзор кластера с помощью канадского прибора NIRISS" (CANUCS).

"Это открытие в Первом глубоком поле Уэбба уже позволяет детально рассмотреть самую раннюю фазу формирования звезд, что подтверждает невероятную мощь JWST".

На очень детализированном изображении Первого глубокого поля Уэбба исследователи нацелились на галактику, которую они назвали "Искрящейся галактикой", и расположенной на расстоянии 9 миллиардов световых лет от нас. Свое название эта галактика получила за компактные объекты вокруг нее, которые имеют вид маленьких желто-красных точек, названных исследователями "искрами". Команда предположила, что эти искорки могут быть либо молодыми скоплениями, которые активно формируют звезды - рожденные через три миллиарда лет после Большого взрыва на пике звездообразования, - либо же старыми шаровыми скоплениями. Шаровые скопления - это древние коллекции звезд, образовавшиеся в период становления галактики и содержащие сведения о самых ранних фазах ее формирования и роста.

Астрономы исследовали Искрящуюся галактику, находящуюся в Первом глубоком поле Уэбба, и определили, что пять блестящих объектов вокруг нее являются шаровыми скоплениями. Image via Canadian Space Agency with images from NASA, ESA, CSA, STScI; Mowla, Iyer et al. 2022.

На основе первоначального анализа 12 таких компактных объектов исследователи определили, что пять из них являются не только шаровыми скоплениями, но и одними из старейших известных скоплений.

"Просмотр первых изображений JWST и обнаружение старых шаровых скоплений вокруг далеких галактик - это невероятный момент, который был невозможен во время предыдущих съемок космическим телескопом Хаббла", - говорит Картейк Г. Айер, докторант Института астрономии и астрофизики Данлапа и один из ведущих авторов исследования.

"Поскольку мы могли наблюдать искры по диапазону длин волн, мы смогли смоделировать их и лучше понять их физические свойства - сколько им лет и сколько звезд они содержат. Мы надеемся, что знание о том, что шаровые скопления можно наблюдать с таких больших расстояний с помощью JWST, станет толчком для дальнейшей науки и поиска подобных объектов".

В галактике Млечный Путь известно около 150 шаровых скоплений, но как и когда именно образовались эти плотные скопления звезд, не полностью известно. Астрономы знают, что шаровые скопления могут быть очень старыми, но измерить их возраст невероятно сложно. Использование очень далеких шаровых скоплений для определения возраста первых звезд в далеких галактиках ранее не проводилось и теперь возможно с помощью JWST.

"Эти недавно идентифицированные скопления были сформированы вблизи того времени, когда впервые стало возможным образование звезд", - говорит Моула. "Поскольку Искристая галактика расположена гораздо дальше, чем наш Млечный Путь, легче определить возраст ее шаровых скоплений. Мы наблюдаем за Искристой, какой она была девять миллиардов лет назад, когда Вселенной было всего четыре с половиной миллиарда лет, смотрим на то, что произошло очень давно. Думайте об этом, как о том, чтобы угадать возраст человека по его внешнему виду - легко отличить пяти- и десятилетнего ребенка, но трудно отличить пятидесяти- и пятидесятипятилетнего человека".

До сих пор астрономы не могли увидеть окружающие компактные объекты Искрящейся галактики с помощью космического телескопа Хаббла. Все изменилось благодаря увеличенным разрешению и чувствительности у JWST, который впервые показал крошечные точки, окружающие галактику, на снимке Первого глубокого поля Уэбба. Особенность Искрящейся галактики заключается в том, что она увеличена в 100 раз благодаря эффекту гравитационного линзирования - когда галактическое скопление SMACS 0723 на переднем плане искажает то, что находится за ним, подобно гигантскому увеличительному стеклу. Более того, гравитационное линзирование создает три отдельных изображения Искристой, что позволяет астрономам изучить галактику более детально.

Гравитационное линзирование используется астрономами для изучения очень далеких и очень тусклых галактик. Credit: NASA, ESA & L. Calçada

"Наше исследование Искристой подчеркивает огромную силу сочетания уникальных возможностей JWST с естественным увеличением, которое дает гравитационное линзирование", - говорит руководитель группы CANUCS Крис Уиллотт из Исследовательского центра астрономии и астрофизики имени Герцберга Национального исследовательского совета. "Команда с нетерпением ждет новых открытий, когда в следующем месяце JWST обратит свой взгляд на скопление галактик CANUCS".

Исследователи объединили новые данные Камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) JWST с архивными данными космического телескопа Хаббла. NIRCam обнаруживает слабые объекты, используя более длинные и красные волны, чтобы наблюдать за пределами того, что видно человеческому глазу и даже космическому телескопу Хаббла. Как увеличение из-за линзирования скоплений галактик, так и высокое разрешение JWST сделали возможным наблюдение компактных объектов.

Сделанный в Канаде Визуализатор ближнего инфракрасного диапазона и бесщелевой спектрограф (NIRISS) на JWST предоставил независимое подтверждение того, что объекты являются старыми шаровыми скоплениями, поскольку исследователи не наблюдали эмиссионных линий кислорода - эмиссий с измеряемыми спектрами, которые излучают молодые скопления, активно формирующие звезды. NIRISS также помог разгадать геометрию трилинзовых изображений Искристой.

"Инструмент NIRISS, созданный в Канаде для JWST, сыграл важную роль в понимании того, как связаны три изображения Искристой и ее шаровых скоплений", - говорит Марцин Савицки, профессор Университета Св. Марии, являющийся канадским научным руководителем в области астрономии и соавтором исследования. "Увидев несколько шаровых скоплений Искристой, изображенных трижды, стало понятно, что они вращаются вокруг Искристой галактики, а не просто случайно оказались перед ней".

JWST наблюдает за полями CANUCS с октября 2022 года, используя его данные для изучения пяти массивных галактических скоплений, вокруг которых исследователи рассчитывают найти больше подобных систем. Будущие исследования также смоделируют скопления галактик для понимания эффекта линзирования и проведут более надежные анализы для объяснения истории звездообразования.

В число учреждений, принимающих участие в сотрудничестве, входят Йоркский университет и институты в США и Европе.

Что еще интересно, Уэбб обнаружил плотный космический узел в ранней Вселенной - скопление массивных галактик в процессе формирования вокруг чрезвычайно красного квазара.

українською мовою