Science >> Wetenschap >  >> Astronomie

Webb ontdekt dat dwergstelsels het universum opnieuw hebben geïoniseerd

Astronomen schatten dat er op deze afbeelding van de James Webb-ruimtetelescoop van NASA/ESA/CSA 50.000 bronnen van nabij-infraroodlicht zijn weergegeven. Hun licht heeft verschillende afstanden afgelegd om de detectoren van de telescoop te bereiken, waardoor de uitgestrektheid van de ruimte in één enkel beeld wordt weergegeven. Een voorgrondster in ons eigen Melkwegstelsel, rechts van het midden van de afbeelding, vertoont de kenmerkende diffractiepieken van Webb. Helderwitte bronnen omgeven door een wazige gloed zijn de sterrenstelsels van Pandora’s Cluster, een conglomeraat van toch al enorme clusters van sterrenstelsels die samenkomen om een ​​megacluster te vormen. De massaconcentratie is zo groot dat het weefsel van de ruimtetijd door de zwaartekracht wordt vervormd, waardoor een natuurlijk, supervergrootglas ontstaat dat een 'zwaartekrachtlens' wordt genoemd en dat astronomen kunnen gebruiken om zeer verre lichtbronnen buiten de cluster te zien die anders niet detecteerbaar zouden zijn , zelfs voor Webb. Deze lensbronnen verschijnen rood in het beeld en vaak als langwerpige bogen die worden vervormd door de zwaartekrachtlens. Veel hiervan zijn sterrenstelsels uit het vroege heelal, waarvan de inhoud is vergroot en uitgestrekt zodat astronomen ze kunnen bestuderen. Credits:NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology), R. Bezanson (Universiteit van Pittsburgh), A. Pagan (STScI)

Met behulp van de ongekende mogelijkheden van de James Webb-ruimtetelescoop van NASA/ESA/CSA heeft een internationaal team van wetenschappers de eerste spectroscopische waarnemingen gedaan van de zwakste sterrenstelsels gedurende de eerste miljard jaar van het universum. Deze bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature helpen een al lang bestaande vraag van astronomen te beantwoorden:welke bronnen hebben de reïonisatie van het universum veroorzaakt? Deze nieuwe resultaten hebben effectief aangetoond dat kleine dwergstelsels waarschijnlijk de producenten zijn van enorme hoeveelheden energetische straling.



Onderzoek naar de evolutie van het vroege heelal is een belangrijk aspect van de moderne astronomie. Er valt nog veel te begrijpen over de tijd in de vroege geschiedenis van het universum die bekend staat als het tijdperk van reïonisatie.

Het was een periode van duisternis zonder sterren of sterrenstelsels, gevuld met een dichte mist van waterstofgas totdat de eerste sterren het gas om hen heen ioniseerden en er licht doorheen begon te reizen. Astronomen hebben tientallen jaren lang geprobeerd de bronnen te identificeren die straling uitzonden die krachtig genoeg was om geleidelijk de waterstofmist op te ruimen die het vroege heelal bedekte.

Het Ultradeep NIRSpec en NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) programma (#2561) bestaat uit zowel beeldvormende als spectroscopische waarnemingen van de lenscluster Abell 2744. Een internationaal team van astronomen maakte gebruik van zwaartekrachtlenzen voor dit doel, ook bekend als de Cluster van Pandora. , om de bronnen van de reïonisatieperiode van het universum te onderzoeken.

Zwaartekrachtlenzen vergroten en vervormen het uiterlijk van verre sterrenstelsels, waardoor ze er heel anders uitzien dan de sterrenstelsels op de voorgrond. De 'lens' van de cluster van sterrenstelsels is zo massief dat hij het weefsel van de ruimte zelf vervormt, zo erg zelfs dat licht van verre sterrenstelsels dat door de kromgetrokken ruimte gaat ook een kromgetrokken uiterlijk krijgt.

Dankzij het vergrotingseffect kon het team zeer verre lichtbronnen voorbij Abell 2744 bestuderen, waardoor acht extreem zwakke sterrenstelsels zichtbaar werden die anders zelfs voor Webb niet waarneembaar zouden zijn.

Het team ontdekte dat deze zwakke sterrenstelsels enorme producenten van ioniserende straling zijn, op niveaus die vier keer groter zijn dan eerder werd aangenomen. Dit betekent dat de meeste fotonen die het universum reïoniseerden waarschijnlijk afkomstig waren van deze dwergstelsels.

"Deze ontdekking onthult de cruciale rol die ultrazwakke sterrenstelsels spelen in de evolutie van het vroege heelal", zegt teamlid Iryna Chemerynska van het Institut d'Astrofysique de Paris in Frankrijk. "Ze produceren ioniserende fotonen die neutraal waterstof in geïoniseerd plasma transformeren tijdens kosmische reionisatie. Het benadrukt het belang van het begrijpen van sterrenstelsels met een lage massa bij het vormgeven van de geschiedenis van het universum."

Lay-out van de ultrazwakke sterrenstelsels geïdentificeerd in het clusterveld A2744. Credit:Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07043-6

"Deze kosmische krachtpatsers zenden gezamenlijk meer dan genoeg energie uit om de klus te klaren", aldus teamleider Hakim Atek, Institut d'Astrofysique de Paris, CNRS, Sorbonne Université, Frankrijk, en hoofdauteur van het artikel waarin dit resultaat wordt beschreven. "Ondanks hun kleine omvang zijn deze sterrenstelsels met een lage massa productieve producenten van energetische straling, en hun overvloed in deze periode is zo substantieel dat hun collectieve invloed de hele toestand van het universum kan transformeren."

Om tot deze conclusie te komen combineerde het team eerst ultradiepe Webb-beeldgegevens met aanvullende beelden van Abell 2744 van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA/ESA om extreem zwakke kandidaten voor sterrenstelsels in het tijdperk van reionisatie te selecteren. Dit werd gevolgd door spectroscopie met Webb's Near-InfraRed Spectrograph (NIRSpec). De Multi-Shutter Assembly van het instrument werd gebruikt om multi-objectspectroscopie van deze zwakke sterrenstelsels te verkrijgen.

Dit is de eerste keer dat wetenschappers de getalsdichtheid van deze zwakke sterrenstelsels robuust hebben gemeten, en ze hebben met succes bevestigd dat zij de meest voorkomende populatie vormen tijdens het tijdperk van reionisatie. Dit is ook de eerste keer dat de ioniserende kracht van deze sterrenstelsels is gemeten, waardoor astronomen kunnen vaststellen dat ze voldoende energetische straling produceren om het vroege heelal te ioniseren.

‘De ongelooflijke gevoeligheid van NIRSpec, gecombineerd met de zwaartekrachtversterking van Abell 2744, stelde ons in staat deze sterrenstelsels uit de eerste miljard jaar van het universum in detail te identificeren en te bestuderen, ondanks dat ze meer dan 100 keer zwakker waren dan onze eigen Melkweg,’ vervolgde Atek. .

In een aankomend Webb-waarnemingsprogramma, genaamd GLIMPSE, zullen wetenschappers de diepste waarnemingen ooit aan de hemel verkrijgen. Door zich te richten op een andere cluster van sterrenstelsels, genaamd Abell S1063, zullen zelfs zwakkere sterrenstelsels tijdens het tijdperk van reionisatie worden geïdentificeerd om te verifiëren of deze populatie representatief is voor de grootschalige verspreiding van sterrenstelsels.

Omdat deze nieuwe resultaten gebaseerd zijn op waarnemingen uit één veld, merkt het team op dat de ioniserende eigenschappen van zwakke sterrenstelsels er anders uit kunnen zien als ze zich in te dichte gebieden bevinden. Aanvullende waarnemingen op een onafhankelijk terrein zullen daarom verdere inzichten opleveren om deze conclusies te helpen verifiëren.

De GLIMPSE-waarnemingen zullen astronomen ook helpen de periode te onderzoeken die bekend staat als Cosmic Dawn, toen het universum nog maar een paar miljoen jaar oud was, om ons begrip van de opkomst van de eerste sterrenstelsels te ontwikkelen.

Deze resultaten zijn vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature .

Meer informatie: Hakim Atek, De meeste fotonen die het heelal reïoniseerden, zijn afkomstig van dwergstelsels, Natuur (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07043-6. www.nature.com/articles/s41586-024-07043-6

Journaalinformatie: Natuur

Geleverd door European Space Agency




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Vissen en schepen:het scheepvaartverkeer verkleint het communicatiebereik voor Atlantische kabeljauw, Schelvis
  2. Bron van Beperking Enzymes
  3. Waarom is de zon zo helder?
  4. Diepzeemijnbouw kan rampzalig zijn voor zeedieren
  5. Chronische verspillende ziekte:de problemen met de prionziekte van hertachtigen aanpakken
  6. Huidige vee-injecties verhogen het risico op letsel, onderzoek vindt
  7. Kenmerken van micro-organismen
  8. De beste manier om de kosten voor het verwijderen van invasieve planten te schatten? Ga naar buiten en graaf
  9. Waarom planten wereldwijd houtachtig werden

Wetenschap