James Webb-rumteleskopets spektakulære billede af det dyb-infrarøde univers har afsløret 42 nye linsebilleder af galakser og afsløret på en hidtil uset dybde linsens form, der i sidste ende kunne hjælpe os med at se de allerførste galakser.
Afsløringen af James Webb rumteleskop Dybfeltsbillede af den amerikanske præsident Joe Biden i en speciel Arrangement i Det Hvide Hus den 11. juli var en nøje bevogtet hemmelighed. Hold af astronomer skyndte sig at være de første til at analysere det, med tre nye artikler, der dukkede op på fællesskabets preprint-server inden for en uge efter billedets udgivelse.
“Vi blev på en måde smidt til side, for at være ærlig!” Brenda Frye, en astronom ved Steward Observatory ved University of Arizona og medforfatter af en af avisen, fortalte Space.com. “Normalt har vi et år eller to advarsel, men ingen så det [this release] kom denne gang.”
galleri: De første billeder fra James Webb Space Telescope
Relaterede: Hvordan James Webb-rumteleskopet fungerer på billeder
At galakse Klyngen SMACS J0723.3-7327, kaldet SMACS J0723 for kort, er en af en række af galaksehobe, som Webb afbilder til forskellige gravitationslinseundersøgelser. Når det er sagt, sagde Frye, at SMACS J0723 ikke var noget ud over det sædvanlige — indtil nu.
“Det var et godt valg [to be one of the first images] fordi det var en relativt ukendt destination,” sagde hun.
gravitationslinser er et fænomen, hvor tyngdekraften af et meget massivt objekt forvrænger rummet til en form, der stemmer overens med en optisk linse, hvilket forårsager, at lys fra det, der er bag linsen, forvrænges og forstørres i lysstyrke. Galaksehobe er særligt effektive linser, fordi de pakker en enorm masse (ca. 100 billioner solmasser i tilfældet med SMACS J0723) i et relativt kompakt volumen på omkring 3 til 5 millioner lysår på tværs.
Tidligere meningsmålinger Hubble rumteleskop og pensionisterne Herschel Space Observatory havde fundet en håndfuld linsebilleder af baggrundsgalakser i deres SMACS J0723-observationer. Men Webb tager jagten til et helt nyt niveau.
Fryes team, ledet af University of California, Berkeley kandidatstuderende Massimo Pascale, opdagede 42 nye linsebilleder i baggrunden af det nye dybfeltsbillede. Gravitationslinser kan skabe flere billeder af den samme galakse, så disse 42 billeder repræsenterer 19 individuelle galakser. Et andet hold ledet af Gabriel Caminha fra Max Planck Institute for Astrophysics i Tyskland talte 27 nye linsebilleder.
Uanset slutresultatet giver disse linsebilleder videnskabsmænd mulighed for at skabe et kort over stof – både synligt og mørk – er fordelt i klyngen SMACS J0723 og modellerer igen linsens form. Et af de nye værker af et hold ledet af Guillaume Mahler fra Durham University konkluderede, at det meste af massen er koncentreret i den lyseste og mest massive galakse i hoben.
“Ikke kun beskriver vores modeller masse, men vi kan bruge dem til at beskrive forstørrelsen af disse linsebilleder,” fortalte Pascale Space.com.
Den i øjeblikket fjerneste bekræftede galakse er et fjernt objekt kendt som GN-z11som har en rødforskydning på 11,09, hvilket betyder, at vi ser det, som det eksisterede for 13,4 milliarder år siden, blot 400 millioner år efter Stort brag. (“Rødforskydning” refererer til strækningen af lysbølgelængden, der opstår, når universet udvider sig mellem et fjernt objekt og beskueren. Jo højere rødforskydningsfaktoren er, jo længere væk er lyskilden.)
En endnu fjernere kandidat er HD1, opdaget ved rødforskydning 13, forekommer os, som det var blot 300 millioner år efter Big Bang. Endnu mere for nylig tidlige resultater af Webb har identificeret en anden kandidatgalakse ved rødforskydning 13 kaldet GLASS-z11. Imidlertid har astronomer endnu ikke bekræftet rødforskydningerne af HD1 eller GLASS-z11.
Webb forventes at bryde begge disse rødforskydningsrekorder, selvom det stadig mangler at blive afgjort, om nogen af linsegalakserne set i SMACS J0723 er længere væk end Gn-z11 eller HD1. Pascale og Frye er interesserede i at afbilde et fænomen kaldet den “kritiske kurve”, fordi det er langs disse kurver, at gravitationslinser anvender den største forstørrelseskraft, og astronomer har den bedste chance for at se dem. allerførste galakser.
“Den typiske forstørrelse i en linseklynge er omkring en faktor 10, og det er ikke nok til at se de første galakser,” sagde Frye. “Men hvis vi ser tæt på den kritiske kurve, bliver tingene forstørret hundrede eller endda tusind gange.”
Tænk på en kritisk kurve som en konturlinje på et topografisk kort over havets overflade jorden. Jo mere sådanne konturlinjer er klynget sammen, jo større er højden af et givet punkt på overfladen. Tilsvarende er en kritisk kurve, hvor konturlinjerne for gravitationspotentialet konvergerer, og jo mere koncentrerede de er, jo større potentiale og medfølgende forstørrelse. Linsebilledernes placering og form kan give en indikation af, hvor den kritiske kurve ligger.
“I sidste ende vil vi se nøje langs den kritiske kurve, hvor forstørrelsen er højest, og det er her, vi finder de højeste rødforskydningsgalakser,” sagde Frye.
Af denne grund fokuserer den indledende trio af nyt arbejde på Webb-dybdefeltet på at modellere mængden og fordelingen af stof i forgrundsklyngen og følgelig linsens form og positionen af den kritiske kurve.
Modelleringen kan dog også fortælle os noget om galaksehobens egen historie.
“Vi fandt ud af, at massefordelingen er lidt mere langstrakt end forventet,” sagde Pascale. “Måske siger det noget om dem Klyngefusionshistorieog vi kan ekstrapolere fra det og lære om klyngedannelse som helhed, som foregår i et meget kaotisk miljø, hvor tyngde fra alle disse galakser trækker sig sammen.”
Det umiddelbare næste skridt for Pascale og Fryes team og forfatterne til de to andre artikler er at gennemgå peer review-processen for at se disse resultater offentliggjort i videnskabelige tidsskrifter. Derudover afventer data fra Webbs NIRISS (Near Infrared Imager og Slitless Spectrograph) analyse og skulle hjælpe videnskabsmænd med at bestemme de spektroskopiske rødforskydninger af linsegalakserne og se, hvor langt væk de er. (Lavfeltsbilledet blev optaget af NIRCam, det nær-infrarøde kamera.)
“Før Webb forestillede sig det, var SMACS J0723 ikke stjernen i showet,” sagde Pascale. “Nu er der pludselig papir efter papir, som virkelig taler om Webbs kraft til at afsløre ting, vi ikke kunne se før.”
Fortrykket af Pascale og Fryes papir kan findes her. De to andre papirer er tilgængelige her og her.
Følg Keith Cooper på Twitter @21stCenturySETI. Følg os på twitter @spacedotcom og videre Facebook.
