Webb’s nieuwe foto’s belichten de vorming van een galactische menigte

Een team van onderzoekers publiceert een paper op basis van nieuwe beelden die zijn vastgelegd door de Webb Space Telescope. De beelden onthullen een dichte concentratie van materie in het vroege heelal, wat kan wijzen op vroege stadia in de vorming van een cluster van sterrenstelsels. Dankzij de bestaande spectrometer kon Webb bevestigen dat veel van de sterrenstelsels die eerder door Hubble werden afgebeeld, ook deel uitmaakten van het cluster. Het volgde zelfs de gasstroom die werd uitgestoten door het grootste sterrenstelsel dat er bestaat.

spectrum tekening

De belangrijkste apparaten voor dit werk zijn NIRSpec, en nabij infrarood spectrometer Dit is onderdeel van de Webb Toolkit. Hoewel de tool zelf behoorlijk geavanceerd is, werkt het volgens belangrijke principes om dingen zoals de camera van je mobiele telefoon te bedienen.

In deze consumentencamera’s registreren sensoren de helderheid van drie verschillende regio’s van het zichtbare spectrum: rood, groen en blauw. De resulterende afbeeldingen worden gemaakt door deze informatie te combineren, waarbij verschillende delen van de afbeelding een verschillende intensiteit hebben voor elk van deze kleuren.

De spectrofotometer werkt ook door de intensiteit van licht in een beperkt deel van het spectrum te volgen. Het belangrijkste verschil is dat de segmenten van het afgebeelde spectrum veel kleiner zijn dan het volledige kleurenbereik, zoals blauw. En in dit geval maken ze helemaal geen deel uit van de kleuren – alle golflengten bevinden zich in het infrarode gebied van het spectrum. Echter, net als RGB-afbeeldingen die door een camera worden geproduceerd, kan elk deel van het spectrum afzonderlijk worden geanalyseerd of worden gecombineerd tot een volledig “kleurenbeeld” dat een breed spectrum van het spectrum omvat.

Waarom is een spectrofotometer handig om naar verre objecten te kijken? Er zijn twee methoden die cruciaal waren voor dit onderzoek. De eerste is dat het licht van het vroege heelal rood wordt door de uitdijing van het heelal terwijl het naar de aarde reist. Dus energetische fotonen met golflengten zoals ultraviolet worden geleidelijk uitgerekt totdat ze door Webb worden geregistreerd als infraroodfotonen. Als we precies weten hoeveel ze zijn uitgerekt, weten we wat de afstand tot objecten is, en we moeten de huidige golflengte kennen om dat te bepalen. De spectrometer geeft deze informatie.

De tweede belangrijke mogelijkheid die de spectrometer biedt, is het volgen van bewegende materialen. Alle elementen hebben een reeks specifieke golflengten waarop licht wordt uitgestraald. Maar als ze in beweging zijn ten opzichte van een waarnemer, is die golflengte ofwel rood – ofwel blauw vanwege het Doppler-effect, waarbij de golflengte iets verandert (dit effect zou een aanvulling zijn op de roodverschuiving veroorzaakt door afstand). Dus door de emissies van een bepaald element te identificeren en te zien hoe ze verschuiven, kunnen we de beweging van die atomen volgen, zelfs over grote afstanden.

Actief sterrenstelsel in een dichte cluster

Voor het nieuwe werk werd Webb doorverwezen naar een zogenaamde quasar, of actieve galactische kern. Het is ongelooflijk helder vanwege al het licht dat wordt geproduceerd als materie rond de superzware zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels draait. In dit geval werd de quasar, J1652 genaamd, geïdentificeerd als zeer rood van kleur, wat aangeeft dat zijn licht sterk in rood was veranderd, en dus zouden we hem zien zoals hij was in het vroege universum.

De beeldvorming van Webb bevestigde dat de rode kleur van J1652 te wijten was aan een grote roodverschuiving; De roodverschuiving had een waarde van z 3, wat betekent dat het sterrenstelsel wordt gezien als meer dan 11 miljard jaar geleden. Er wordt aangenomen dat dit een kritieke tijd was in de evolutie van de melkweg, toen de enorme energieën die werden uitgezonden door superzware zwarte gaten stervormende materie uit de melkweg begonnen uit te stoten, waardoor een einde kwam aan de stervorming.

Een ander opvallend resultaat van de spectroscopiegegevens is dat ten minste drie andere objecten die in hetzelfde gebied in de Hubble-afbeeldingen zijn gedetecteerd, dezelfde roodverschuiving lijken te hebben. Dit betekent dat het extra sterrenstelsels zijn in de buurt van J1652. Aangezien het hele afgebeelde gebied 85.000 lichtjaar beslaat, vertegenwoordigt dit een zeer hoge concentratie aan sterrenstelsels. (Ter vergelijking: de Melkweg is meer dan 100.000 lichtjaar in doorsnede, hoewel hij veel groter is dan deze vroege sterrenstelsels.)

Naast het bevestigen van afstanden, stelden de gegevens van Webb de onderzoekers in staat om geïoniseerde zuurstofatomen te volgen, die worden uitgezonden op een geschikte golflengte. De rode en blauwe verschuivingen die in deze gegevens zichtbaar zijn, laten zien dat de quasar materiaal ruwweg naar de aarde en in de tegenovergestelde richting spuwt, in overeenstemming met de twee jets die vaak uit zwarte gaten ontstaan. De grote hoeveelheid materiaal die wordt uitgestoten komt ook overeen met het idee dat quasarvorming een einde zou kunnen maken aan stervorming door de grondstof weg te blazen.

Maar de onderzoekers lijken meer geïnteresseerd in de extreem hoge dichtheid van sterrenstelsels in de algemene regio. Op basis van de hoeveelheid aanwezige materie hebben de onderzoekers de hoeveelheid donkere materie geëxtrapoleerd en geconcludeerd dat dit een gebied van het universum is dat zo dicht is als we ons tot nu toe hebben voorgesteld, wat volgens hen het product is van de fusie van twee verschillende materie . aura’s;

arXiv-bestand. Samenvatting nummer: 2210.10074 (Over arXiv). Voor publicatie in Astrophysical Journal Letters.