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Dienstag, Februar 7, 2023

Das James-Webb-Weltraumteleskop enthüllt die ältesten Sternhaufen im Universum

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Tausende von Galaxien überfluten dieses hochauflösende Nahinfrarotbild des Galaxienhaufens SMACS 0723. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI


Ein Team von Astronomen verwendete das James-Webb-Teleskop (JWST), um die am weitesten entfernten zu identifizieren Kugelhaufen jemals entdeckt. Diese dichten Gruppen von Millionen von Sternen könnten Relikte sein, die die ersten und ältesten Sterne im Universum enthalten.

Die frühe Analyse von Webbs erstem Deep-Field-Bild, das einige der frühesten Galaxien des Universums zeigt, wurde kürzlich in veröffentlicht Die astrophysikalischen Zeitschriftenbriefe. Die Arbeit wurde von einem Team kanadischer Astronomen durchgeführt, darunter auch Experten des Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics an der Faculty of Arts & Science der University of Toronto.


„JWST wurde gebaut, um die ersten Sterne und die ersten Galaxien zu finden und uns dabei zu helfen, die Ursprünge der Komplexität im Universum zu verstehen, wie etwa die chemischen Elemente und die Bausteine ​​des Lebens“, sagt Lamiya Mowla, Postdoktorandin am Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics und Co-Hauptautor der Studie, die vom kanadischen NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS) Team durchgeführt wurde.

„Diese Entdeckung in Webbs First Deep Field bietet bereits einen detaillierten Einblick in die früheste Phase der Sternentstehung und bestätigt die unglaubliche Kraft von JWST.“

Die Forscher untersuchten die Sparkler-Galaxie in Webbs First Deep Field und verwendeten JWST, um festzustellen, dass fünf der funkelnden Objekte um sie herum Kugelhaufen sind. Bildnachweis: Bild der Canadian Space Agency mit Bildern von NASA, ESA, CSA, STScI; Mowla, Iyeret al. 2022


In dem fein detaillierten Bild von Webbs erstem Deep-Field haben sich die Astronomen schnell auf das konzentriert, was sie „die Sparkler-Galaxie“ nennen. Diese neun Milliarden Lichtjahre entfernte Galaxie hat ihren Namen von den kompakten Objekten, die als kleine gelb-rote Punkte erscheinen, die sie umgeben und von den Forschern als „Funkeln“ bezeichnet werden. Das Forschungsteam stellte fest, dass diese Funken entweder junge Sternhaufen sein könnten, die aktiv Sterne bilden – die drei Milliarden Jahre später geboren wurden

Urknall
Der Urknall ist das führende kosmologische Modell, das erklärt, wie das Universum, wie wir es kennen, vor etwa 13.8 Milliarden Jahren entstand.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Urknall am Höhepunkt der Sternentstehung – oder alte Kugelsternhaufen. Kugelsternhaufen sind uralte Ansammlungen von Sternen aus der Anfangszeit einer Galaxie und enthalten Hinweise auf ihre frühesten Entstehungs- und Wachstumsphasen.

Aus einer ersten Analyse von 12 dieser kompakten Objekte stellte das Forscherteam fest, dass fünf von ihnen nicht nur Kugelsternhaufen sind, sondern zu den ältesten bekannten gehören.

„Die ersten Bilder von JWST zu betrachten und alte Kugelsternhaufen um ferne Galaxien zu entdecken, war ein unglaublicher Moment – ​​einer, der mit früheren Versionen nicht möglich war

Hubble Weltraumteleskop
Das Hubble-Weltraumteleskop (oft als Hubble oder HST bezeichnet) ist eines der großen Observatorien der NASA und wurde 1990 in eine erdnahe Umlaufbahn gebracht. Es ist eines der größten und vielseitigsten Weltraumteleskope im Einsatz und verfügt über einen 2.4-Meter-Spiegel und vier Hauptinstrumente, die im ultravioletten, sichtbaren und nahen Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums beobachten. Es wurde nach dem Astronomen Edwin Hubble benannt.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Bildgebung des Hubble-Weltraumteleskops”, sagt Kartheik G. Iyer, ein Postdoktorand am Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics und Co-Erstautor der Studie.

„Da wir die Funkeln über einen Bereich von Wellenlängen beobachten konnten, konnten wir sie modellieren und ihre physikalischen Eigenschaften besser verstehen – wie alt sie sind und wie viele Sterne sie enthalten. Wir hoffen, dass das Wissen, dass Kugelsternhaufen aus solch großen Entfernungen mit JWST beobachtet werden können, die weitere Wissenschaft und Suche nach ähnlichen Objekten anregen wird.“


Gravitationslinsen werden von Astronomen verwendet, um sehr entfernte und sehr lichtschwache Galaxien zu untersuchen. Kredit: NASA, ESA & L. Calçada

Das

Milchstraße
Die Milchstraße ist die Galaxie, die unser Sonnensystem enthält, und ist nach ihrem Aussehen von der Erde aus benannt. Es ist eine vergitterte Spiralgalaxie, die schätzungsweise 100 bis 400 Milliarden Sterne enthält und einen Durchmesser zwischen 150,000 und 200,000 Lichtjahren hat.

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>Die Milchstraßengalaxie hat bekanntermaßen etwa 150 Kugelhaufen, aber wie und wann genau Diese dichten Klumpen von Sternen, die gebildet werden, sind nicht gut verstanden. Astronomen wissen, dass Kugelsternhaufen extrem alt sein können, aber es ist unglaublich schwierig, ihr Alter zu messen. Die Verwendung sehr entfernter Kugelsternhaufen zur Altersbestimmung der ersten Sterne in fernen Galaxien wurde noch nie zuvor durchgeführt und ist nur mit JWST möglich.

„Diese neu identifizierten Haufen entstanden kurz vor dem Zeitpunkt, als es überhaupt möglich war, Sterne zu bilden“, sagt Mowla. „Da die Sparkler-Galaxie viel weiter entfernt ist als unsere eigene Milchstraße, ist es einfacher, das Alter ihrer Kugelsternhaufen zu bestimmen. Wir beobachten die Wunderkerze, wie sie vor neun Milliarden Jahren aussah, als das Universum erst viereinhalb Milliarden Jahre alt war, und betrachten etwas, das vor langer Zeit passiert ist. Stellen Sie sich vor, Sie würden das Alter einer Person anhand ihres Aussehens erraten – es ist einfach, den Unterschied zwischen einem Fünf- und einem Zehnjährigen zu erkennen, aber schwer, den Unterschied zwischen einem 10- und einem 50-Jährigen zu erkennen.“

Bisher konnten Astronomen mit dem Hubble-Weltraumteleskop die umliegenden kompakten Objekte der Sparkler-Galaxie nicht sehen. Dies änderte sich mit der erhöhten Auflösung und Empfindlichkeit von JWST, wodurch die winzigen Punkte, die die Galaxie umgeben, zum ersten Mal in Webbs First Deep Field-Bild enthüllt wurden. Die Sparkler-Galaxie ist etwas Besonderes, weil sie aufgrund eines Effekts namens Gravitationslinseneffekt um den Faktor 100 vergrößert wird – bei dem der Galaxienhaufen SMACS 0723 im Vordergrund das, was sich dahinter befindet, verzerrt, ähnlich wie ein riesiges Vergrößerungsglas. Darüber hinaus erzeugt die Gravitationslinse drei separate Bilder der Sparkler, wodurch Astronomen die Galaxie detaillierter untersuchen können.

Von links: Kartheik Iyer, Vince Estrada-Carpenter, Guillaume Desperez, Lamiya Mowla, Marcin Sawicki, Victoria Strait, Gabe Brammer und Kate Gould (am Laptop), Ghassan Sarrouh, Chris Willott, Bob Abraham, Gael Noirot, Yoshi Asada, Nick Martis, Credit: Hoto mit freundlicher Genehmigung von Lamiya Mowla und Kartheik Iyer

„Unsere Studie der Sparkler unterstreicht die enorme Kraft der Kombination der einzigartigen Fähigkeiten von JWST mit der natürlichen Vergrößerung durch Gravitationslinsen“, sagt Chris Willott, Leiter des CANUCS-Teams, vom Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Center des National Research Council. „Das Team ist gespannt auf weitere Entdeckungen, die kommen werden, wenn das JWST seinen Blick nächsten Monat auf die CANUCS-Galaxienhaufen richtet.“

Die Forscher kombinierten neue Daten von JWSTs Nahinfrarotkamera (NIRCam) mit Archivdaten des Hubble Scape Telescope. NIRCam erkennt schwache Objekte mit längeren und röteren Wellenlängen, um über das hinaus zu beobachten, was für das menschliche Auge und sogar das Hubble-Weltraumteleskop sichtbar ist. Beide Vergrößerungen aufgrund der Linsen des Galaxienhaufens und die hohe Auflösung von JWST haben die Beobachtung kompakter Objekte ermöglicht.

Das in Kanada hergestellte Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS)-Instrument auf dem JWST lieferte eine unabhängige Bestätigung, dass es sich bei den Objekten um alte Kugelsternhaufen handelt, da die Forscher keine Sauerstoffemissionslinien beobachteten – Emissionen mit messbaren Spektren, die von jungen aktiven Haufen abgegeben werden Sterne bilden. NIRISS half auch dabei, die Geometrie der dreifach verglasten Bilder der Sparkler zu enträtseln.



„Das in Kanada hergestellte NIRISS-Instrument von JWST hat uns dabei geholfen zu verstehen, wie die drei Bilder der Sparkler und ihrer Kugelsternhaufen zusammenhängen“, sagt Marcin Sawicki, Professor an der Saint. Mary's University, die den kanadischen Forschungslehrstuhl für Astronomie innehat und Mitautor der Studie ist. „Die dreimalige Aufnahme mehrerer Kugelsternhaufen von Sparkler machte deutlich, dass sie die Sparkler-Galaxie umkreisen und nicht nur zufällig davor stehen.“

JWST wird die CANUCS-Felder ab Oktober 2022 beobachten und seine Daten nutzen, um fünf massive Galaxienhaufen zu untersuchen, um die herum die Forscher weitere solcher Systeme erwarten. Zukünftige Studien werden auch den Galaxienhaufen modellieren, um den Linseneffekt zu verstehen und robustere Analysen durchzuführen, um die Sternentstehungsgeschichten zu erklären.

Referenz: „The Sparkler: Evolved High-redshift Globular Cluster Candidates Captured by JWST“ von Lamiya Mowla, Kartheik G. Iyer, Guillaume Desprez, Vicente Estrada-Carpenter, Nicholas S. Martis, Gaël Noirot, Ghassan T. Sarrouh, Victoria Strait, Yoshihisa Asada, Roberto G. Abraham, Gabriel Brammer, Marcin Sawicki, Chris J. Willott, Marusa Bradac, René Doyon, Adam Muzzin, Camilla Pacifici, Swara Ravindranath und Johannes Zabl, 29. September 2022, Die astrophysikalischen Zeitschriftenbriefe.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac90ca

Zu den kooperierenden Institutionen gehören die York University und Institutionen in den Vereinigten Staaten und Europa. Die Forschung wurde von der Canadian Space Agency und dem Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada unterstützt.



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