De James Webb Space Telescope kijkt uit in het vroege heelal en ziet sterrenstelsels zoals onze eigen Melkweg

nieuwe foto’s van[{” 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.

Deze simulatie laat zien hoe stellaire staven (links) en door stangen aangedreven gasstromen (rechts) ontstaan. Stellaire staven spelen een belangrijke rol in de galactische evolutie door gas naar de centrale delen van de melkweg te kanaliseren, waar het snel wordt omgezet in nieuwe sterren, 10 tot 100 keer sneller dan in de rest van de melkweg. De staven helpen indirect ook bij de vorming van superzware zwarte gaten in de centra van sterrenstelsels door het gas een deel van de weg te sturen. Credits: Françoise Combes, Observatorium van Parijs

De ontdekking van staven in deze vroege tijden heeft de scenario’s van de evolutie van sterrenstelsels op verschillende manieren door elkaar geschud.

“Deze vroege detectie van de balken betekent dat modellen van de evolutie van sterrenstelsels nu een nieuw pad door de balken hebben om de productie van nieuwe sterren op jonge leeftijd te versnellen, ” zei Jogee.

En het bestaan ​​van deze vroege balken daagt theoretische modellen uit omdat ze moeten corrigeren voor galactische fysica om de juiste overvloed aan balken te voorspellen. Het team zal verschillende modellen testen in hun komende papers.

Een montage van JWST-afbeeldingen toont zes voorbeelden van balkstelsels, waarvan er twee de hoogste hersteltijden vertegenwoordigen die tot nu toe zijn gekwantificeerd en gekarakteriseerd. De labels in de linkerbovenhoek van elk nummer tonen de retrograde tijd van elk sterrenstelsel, die varieert van 8,4 tot 11 miljard jaar geleden (Gyr), toen het universum slechts 40% tot 20% van zijn huidige leeftijd was. Credits: NASA/CEERS/The University of Texas in Austin

JWST kan om twee redenen structuren in verre sterrenstelsels beter onthullen dan Hubble: ten eerste geeft de grotere spiegel hem een ​​groter vermogen om licht te verzamelen, waardoor hij verder en met een hogere resolutie kan kijken. Ten tweede kan het beter door het stof heen kijken omdat het op langere infrarode golflengten waarneemt dan de Hubble-telescoop.

Studenten Eden Wise en Zilei Chen speelden een belangrijke rol in het onderzoek door honderden sterrenstelsels visueel te beoordelen, op zoek naar sterrenstelsels die balken leken te hebben, waardoor de lijst werd teruggebracht tot enkele tientallen, zodat andere onderzoekers deze konden analyseren met intensievere berekeningen . nadert.

Referentie: “Kijk eerst naar z> 1 Bars in de rest van het nabij-infrarood frame met JWST vroege CEERS-beelden” Door Yuchen Guo, Sharda Joji, Stephen L Finkelstein, Zili Chen, Aiden Weiss, Michaela P Bagley, Guillermo Barrow, Stegen & Witts, Dale D. Kosevski, Jehan S. Kartaltepe, Elizabeth J. McGrath, Henry C. Ferguson, Bahram Mobacher, Mauro Giavalescu, Ray A. Lucas, George A. Zavala, Jennifer M. Lutz, Norman A. Grojean, Mark Huertas-Company, Jesus 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 G. Cleary, Rosemary T. Cogan, MC Cooper, Luca Constantin, Darren Croton, Kelsey Davis Aanvaard, Alexandre de la Vega, Avishai Dekel, Maximilian Franco, Jonathan P. Gardner, Ben W. Holwerda, Taylor A. Hutchison, Viraj Pandya, Pablo G. Perez-Gonzalez, Swara Ravindranath, Caitlin Rose, Jonathan R Trump, Weichen Wang, geaccepteerd Astrofysische dagboekbrieven.
arXiv: 2210.08658

Andere co-auteurs van de Universiteit van Austin zijn Stephen Finkelstein, Michaela Bagley en Maximilian Franco. Tientallen co-auteurs van andere instellingen komen uit de Verenigde Staten, het Verenigd Koninkrijk, Japan, Spanje, Frankrijk, Italië, Australië en Israël.

Financiering voor dit onderzoek werd gedeeltelijk verstrekt door de Roland K. Blumberg Endowment in Astronomy, de Heising-Simons Foundation en NASA. Dit werk was gebaseerd op bronnen van het Texas Center for Advanced Computing, waaronder Frontera, de krachtigste supercomputer van een Amerikaanse universiteit.