Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Webb ontgrendelt geheimen van het oerstelsel

Deze afbeelding van Webbs NIRCam-instrument (Near-Infrared Camera) toont een deel van het GOODS-Noord-veld van sterrenstelsels. Rechtsonder benadrukt een uitsnede het sterrenstelsel GN-z11, dat slechts 430 miljoen jaar na de oerknal te zien is. De afbeelding toont een uitgebreide component, die het gaststelsel GN-z11 volgt, en een centrale, compacte bron waarvan de kleuren consistent zijn met die van een accretieschijf rond een zwart gat. Credits:NASA, ESA, CSA, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), M. Rieke (Universiteit van Arizona), D. Eisenstein (CfA), CC BY 4.0 INT- of ESA-standaardlicentie

Twee teams die diep in ruimte en tijd kijken, hebben met behulp van de James Webb-ruimtetelescoop van NASA/ESA/CSA het uitzonderlijk heldere sterrenstelsel GN-z11 bestudeerd, dat bestond toen ons 13,8 miljard jaar oude universum nog maar ongeveer 430 miljoen jaar oud was.



De James Webb Ruimtetelescoop maakt zijn belofte waar om ons begrip van het vroege heelal te transformeren en onderzoekt sterrenstelsels tegen het aanbreken van de tijd. Eén daarvan is het uitzonderlijk heldere sterrenstelsel GN-z11, dat bestond toen het heelal nog maar een fractie van zijn huidige leeftijd had. Aanvankelijk gedetecteerd met de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA, is het een van de jongste en verste sterrenstelsels die ooit zijn waargenomen, en ook een van de meest raadselachtige. Waarom is het zo helder? Webb lijkt het antwoord te hebben gevonden.

Een team dat samen met Webb GN-z11 bestudeerde, vond het eerste duidelijke bewijs dat het sterrenstelsel een centraal, superzwaar zwart gat herbergt dat snel materie aangroeit. Dankzij hun bevindingen is dit het verste actieve superzware zwarte gat dat tot nu toe is waargenomen.

"We hebben extreem dicht gas gevonden dat veel voorkomt in de buurt van superzware zwarte gaten die gas aanzuigen", legt hoofdonderzoeker Roberto Maiolino van het Cavendish Laboratory en het Kavli Institute of Cosmology van de Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk uit. "Dit waren de eerste duidelijke tekenen dat GN-z11 een zwart gat herbergt dat materie opslokt."

Deze tweedelige afbeelding toont bewijs van een gasvormige klomp helium in de halo rond het sterrenstelsel GN-z11. In het bovenste gedeelte, uiterst rechts, identificeert een klein vakje GN-z11 in een veld van sterrenstelsels. Het middelste vak toont een ingezoomde afbeelding van het sterrenstelsel. Het vak uiterst links toont een kaart van het heliumgas in de halo van GN-z11, inclusief een klont die niet verschijnt in de infraroodkleuren die in het middelste paneel worden weergegeven. In de onderste helft van de afbeelding toont een spectrum de duidelijke 'vingerafdruk' van helium in de halo. Het volledige spectrum vertoont geen bewijs van andere elementen en suggereert dus dat de heliumklomp tamelijk ongerept moet zijn, bijna geheel gemaakt van waterstof en heliumgas dat overblijft na de oerknal, zonder veel vervuiling door zwaardere elementen geproduceerd door sterren. Theorie en simulaties in de buurt van bijzonder massieve sterrenstelsels uit deze tijdperken voorspellen dat er in de halo gebieden met ongerept gas zouden moeten overleven, en dat deze zouden kunnen instorten en Populatie III-sterrenhopen zouden kunnen vormen. Credit:NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI), CC BY 4.0 INT of ESA standaardlicentie

Met behulp van Webb vond het team ook aanwijzingen voor geïoniseerde chemische elementen die doorgaans worden waargenomen in de buurt van superzware zwarte gaten. Bovendien ontdekten ze dat het sterrenstelsel een zeer krachtige wind uitblaast. Dergelijke hogesnelheidswinden worden doorgaans aangedreven door processen die verband houden met het krachtig aangroeien van superzware zwarte gaten.

"Webb's NIRCam (Near-Infrared Camera) heeft een uitgebreide component onthuld die het gaststelsel volgt, en een centrale, compacte bron waarvan de kleuren consistent zijn met die van een accretieschijf rond een zwart gat", zegt onderzoeker Hannah Übler, ook van het Cavendish Laboratory en het Kavli Instituut.

Alles bij elkaar laat dit bewijsmateriaal zien dat GN-z11 een supermassief zwart gat met een massa van twee miljoen zonne-energie herbergt in een zeer actieve fase van het consumeren van materie, en daarom is het zo lichtgevend.

Een tweede team, ook geleid door Maiolino, gebruikte Webb's NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) om een ​​gasvormige klomp helium te vinden in de halo rond GN-z11.

Deze afbeelding van het GOODS-North-veld, vastgelegd door Webb's Near-Infrared Camera (NIRCam), toont kompaspijlen, een schaalbalk en een kleurtoets ter referentie. De noord- en oostkompaspijlen geven de oriëntatie van het beeld aan de hemel aan. Merk op dat de relatie tussen noord en oost aan de hemel (van onderaf gezien) is omgedraaid ten opzichte van de richtingspijlen op een kaart van de grond (zoals van bovenaf gezien). De schaalbalk is aangegeven in de hoekafstand aan de hemel, waarbij één boogseconde één 3600ste van een graad is. De schaalbalk is 60 boogseconden lang. Deze afbeelding toont onzichtbare nabij-infrarode golflengten van licht die zijn vertaald in kleuren van zichtbaar licht. De kleursleutel laat zien welke NIRCam-filters zijn gebruikt bij het verzamelen van het licht. De kleur van elke filternaam is de zichtbare lichtkleur die wordt gebruikt om het infraroodlicht weer te geven dat door dat filter gaat. Credits:NASA, ESA, CSA, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), M. Rieke (Universiteit van Arizona), D. Eisenstein (CfA), CC BY 4.0 INT- of ESA-standaardlicentie

"Het feit dat we niets anders zien dan helium suggereert dat deze klomp redelijk ongerept moet zijn", zegt Roberto. "Dit is iets dat werd verwacht door de theorie en simulaties in de buurt van bijzonder zware sterrenstelsels uit deze tijdperken:dat er in de halo gebieden met ongerept gas zouden moeten overleven, en dat deze zouden kunnen instorten en Populatie III-sterrenhopen zouden kunnen vormen."

Het vinden van de tot nu toe ongeziene Populatie III-sterren – de eerste generatie sterren die vrijwel volledig uit waterstof en helium zijn gevormd – is een van de belangrijkste doelen van de moderne astrofysica. Er wordt verwacht dat deze sterren zeer massief, zeer lichtgevend en zeer heet zijn. Hun signatuur zou de aanwezigheid van geïoniseerd helium zijn en de afwezigheid van chemische elementen die zwaarder zijn dan helium.

De vorming van de eerste sterren en sterrenstelsels markeert een fundamentele verschuiving in de kosmische geschiedenis, waarin het universum evolueerde van een donkere en relatief eenvoudige toestand naar de zeer gestructureerde en complexe omgeving die we vandaag de dag zien.

Bij toekomstige Webb-observaties zullen Roberto, Hannah en hun team GN-z11 dieper onderzoeken, en ze hopen de argumenten voor de Populatie III-sterren die zich mogelijk in zijn halo vormen te versterken.

Het onderzoek naar de ongerepte gasklonter in de halo van GN-z11 is geaccepteerd voor publicatie in Astronomy &Astrophysics en is momenteel beschikbaar op de arXiv preprint-server. De resultaten van het onderzoek naar het zwarte gat van GN-z11 zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature op 17 januari 2024.

Meer informatie: Roberto Maiolino et al, JWST-JADES. Mogelijke Populatie III-signaturen op z=10,6 in de halo van GN-z11, arXiv (2023). DOI:10.48550/arxiv.2306.00953

Journaalinformatie: Astronomie en astrofysica , arXiv , Natuur

Geleverd door European Space Agency




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. De kracht van saffraankleur benutten voor voedsel en toekomstige therapieën
  2. Planten herprogrammeren hun cellen om indringers te bestrijden. Hier is hoe
  3. Onderzoekers beschrijven allereerste hybride vogelsoorten uit de Amazone
  4. Toekomstige klimaateffecten brengen het bultrugdieet in gevaar
  5. Bacteriële groei in petrischalen meten
  6. Apparaat kan zeevogels redden van de gevaren van vistuig
  7. Studie vertelt over pompoenkleurige zombies
  8. Wat is er met androgyn gebeurd?
  9. Naamloze soorten bacteriën een naam geven in het tijdperk van big data

Wetenschap