Wie die Daten des James-Webb-Weltraumteleskops tatsächlich Überraschungen enthüllten

Massimo Pascal hatte nicht vor, den Galaxienhaufen SMACS 0723 zu untersuchen. Aber als er den Haufen auf dem ersten Bild des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) schimmern sah, konnten er und seine Kollegen nicht anders.

„Wir dachten: ‚Wir müssen etwas tun'“, sagt Pascal, Astronom an der University of California, Berkeley. Wir können uns der Analyse dieser Daten nicht entziehen. Es war sehr aufregend.“

Pascals Team ist eine von mehreren Gruppen von Wissenschaftlern, die die ersten JWST-Bilder gesehen und sofort die Ärmel hochgekrempelt haben. In den ersten Tagen nach Bekanntgabe der Bilder und Daten, die zu seiner Erstellung verwendet wurden, schätzten Wissenschaftler die Masse des Haufens, deckten ein heftiges Ereignis in der jüngsten Vergangenheit des Haufens auf und schätzten das Alter von Sternen in viel weiter entfernten Galaxien. der Block selbst.

„Wir bereiten uns lange darauf vor. Ich selbst bereite mich seit Jahren vor und bin noch nicht sehr alt“, sagt Pascal, der im vierten Jahr seines JWST-Studiums ist, „das wird wirklich einen definieren neue Generation von Astronomen und eine neue Generation der Wissenschaft insgesamt.“

Massenkollision

Als das Bild von SMACS 0723 bei einem Briefing im Weißen Haus am 11. Juli veröffentlicht wurde, lag der Fokus größtenteils auf Sehr weit entfernte Galaxien im Hintergrund (SN: 11.07.22). Aber in der Mitte des Bildes befindet sich SMACS 0723 selbst, eine viel nähere Gruppe von Galaxien, etwa 4,6 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Seine Masse beugt Licht aus größerer Entfernung und lässt entfernte Objekte vergrößert erscheinen, als ob ihr Licht durch die Linse eines anderen kosmischen Teleskops übertragen würde.

Das Licht der am weitesten entfernten Galaxie in diesem Bild begann seine Reise zum JWST vor etwa 13,3 Milliarden Jahren – „ungefähr zu Beginn des Universums“, sagt der Astrophysiker Guillaume Mahler von der Durham University in England, der das Bild bereits als Vergrößerung verwendet meines wissens.

Aber das Bild könnte auch die Geschichte der Gruppe dazwischenliegender Galaxien selbst ausfüllen. „Das wird manchmal vergessen – der Galaxienhaufen ist auch sehr wichtig“, sagt Pascal.

Das Team von Pascal und Mahler begann mit einer Bestandsaufnahme entfernter Galaxien, die im Bild gestreckt und verzerrt erscheinen. Das Licht einiger dieser Galaxien ist verzerrt, sodass mehrere Bilder derselben Galaxie an verschiedenen Orten erscheinen. Die Kartierung dieser Multiplex-Galaxien ist eine empfindliche Untersuchung der Art und Weise, wie Masse um den Haufen herum verteilt ist. Dies wiederum kann Zeigt, wo der Cluster dunkle Materie enthältdie unsichtbare und mysteriöse Materie, die den Großteil der Masse im Universum ausmacht (SN: 10.09.20).

Beide Gruppen fanden heraus, dass SMACS 0723 länglicher ist als in früheren Beobachtungen gezeigt. Sie fanden auch ein schwaches Leuchten, das sogenannte Intracluster-Licht, innerhalb des Clusters von Sternen, die zu keiner bestimmten Galaxie gehören. Zusammengenommen weisen diese Merkmale darauf hin SMACS 0723 erholt sich immer noch Aus Relativ neuer Smash Zusammen mit anderen Galaxiengruppen werden die Teams separat in zwei Papieren berichten, die am 14. Juli bei arXiv.org eingereicht werden.

Ein Galaxienhaufen, der vor Äonen allein gestanden hat, sollte eine kreisförmige Verteilung von Materie und Licht innerhalb des Haufens haben und nicht die rechteckige Form von SMACS 0723. Es ist möglich, dass die Sterne, die innerhalb des Haufens Licht emittieren, von ihren ursprünglichen Galaxien abgelöst wurden Gravitationskräfte beim Aufprall.

„Zwei getrennte Gruppen haben sich zusammengeschlossen, und es scheint uns, dass es noch nicht ganz geklärt ist“, sagt Pascal. „Was wir vielleicht in Betracht ziehen, ist eine laufende Fusion.“

ferne Galaxien

Die Kartierung des Haufens ist laut Mahler auch notwendig, um die Eigenschaften entfernter Galaxien im Hintergrund des Bildes zu entschlüsseln. „Man muss die Masse und ihre Vergrößerungskraft verstehen, um zu verstehen, was dahintersteckt.“

Einige Wissenschaftler untersuchen diese fernen Galaxien bereits im Detail. Die ersten JWST-Daten enthalten nicht nur schöne Bilder, sondern auch Spektren, die Messungen davon sind, wie viel Licht ein Objekt mit unterschiedlichen Wellenlängen aussendet. Die Spektren ermöglichen es Wissenschaftlern, die Stärke der Lichtausbreitung von einem entfernten Objekt – oder die Rotverschiebung des Lichts – zu bestimmen Universumserweiterung, der ein Agent für seine Dimension ist. Diese Daten können auch dabei helfen, die Zusammensetzung der Galaxie und das Alter ihrer Sterne aufzudecken.

„Die Hauptsache, die das Studium der Sternentstehung in Galaxien einschränkt, ist die Qualität der Daten“, sagt der Astrophysiker Adam Karnal von der Universität Edinburgh. Aber mit stark verbesserten Daten von JWST, sagt er, konnten er und sein Team das Alter der Sterne in diesen fernen Galaxien messen.

Karnal und Kollegen richteten ihre Aufmerksamkeit einige Tage nach der Veröffentlichung des SMACS-Bildes auf die Spektren ferner Galaxien. Sie maßen die Rotverschiebungen von zehn Galaxien, fünf davon Es war besonders weit weg, berichtete das Team in einem Papier, das am 18. Juli bei arXiv.org eingereicht wurde. Eine von ihnen wurde bereits als die am weitesten entfernte Galaxie markiert, die jemals gesehen wurde, wobei das Licht nur 500 Millionen Jahre nach dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren ausgestrahlt wurde. Die anderen vier leuchteten bis 1,1 Milliarden Jahre nach dem Urknall.

Alle 10 Galaxien waren relativ klein, als sie das Licht ausstrahlten, das JWST aufnahm, sagt Karnal. Sie alle hatten vor ein paar Millionen Jahren ihre Sternentstehung eingeschaltet. Das ist nicht besonders überraschend, aber interessant.

„In der Lage zu sein, diese schwachen kleinen Galaxien zu betrachten … gibt Ihnen eine Vorstellung davon, wie alle Galaxien aussehen sollten, wenn sie beginnen, Sterne zu bilden“, sagt Karnal.

Wissenschaftler hoffen, mit JWST die allerersten Fälle von Sternentstehung zu finden. Andere frühe Ergebnisse deuten darauf hin, dass sie sich tatsächlich nähern.

Einige Galaxien im JWST-Bild aus einer anderen Gruppe Sie können hören von früher, 300 Millionen Jahre nach dem Urknall, berichten zwei Forschungsteams in zwei Papieren, die am 19. Juli an arXiv.org gesendet wurden. Eine dieser Galaxien scheint bereits eine spiralförmige Scheibe mit einer Masse von über einer Milliarde Sonnenmassen gebildet zu haben, die überraschend reif für eine so frühe Galaxie ist.

Die Anzahl der Galaxien, die in SMACS 0723 zu sehen sind, deutet darauf hin Galaxien mit reifen ScheibenAnstelle von unorganisierten Blobs oder solchen, die hauptsächlich aus dunkler Materie bestehen, die im sehr frühen Universum vielleicht häufiger vorkommen als bisher angenommen, stellte ein anderes Team am 19. Juli in einem Artikel von arXiv.org vor. Dies bedeutet, dass diese frühen Anpassungen möglicherweise nicht so extrem sind. .

„Sicher, diese Galaxien sind eine große Sache, aber es bleibt abzuwarten, wie spannend sie im Laufe von ein paar Monaten des Fortschritts mit JWST aussehen werden“, sagt Karnal. Das Beste kommt noch.