Hoe James Webb Space Telescope-gegevens eigenlijk verrassingen onthulden

Massimo Pascal was niet van plan de melkwegcluster SMACS 0723 te bestuderen. Maar toen hij de cluster zag glinsteren in de eerste afbeelding van de James Webb Space Telescope, of JWST, konden hij en zijn collega’s er niets aan doen.

“We hadden zoiets van, ‘We moeten iets doen'”, zegt Pascal, een astronoom aan de University of California, Berkeley. We kunnen niet voorkomen dat we deze gegevens analyseren. Het was heel spannend.”

Het team van Pascal is een van de vele groepen wetenschappers die de eerste JWST-beelden zagen en meteen de mouwen opstroopten. In de eerste paar dagen nadat de afbeeldingen en gegevens waren aangekondigd die waren gebruikt om het te maken, schatten wetenschappers hoeveel massa het cluster bevatte, onthulden een gewelddadige gebeurtenis in het recente verleden van het cluster en schatten de leeftijden van sterren in melkwegstelsels veel verder weg. het blok zelf.

“We hebben ons hier al lang op voorbereid. Ikzelf ben me al jaren aan het voorbereiden en ik ben niet erg oud”, zegt Pascal, die in zijn vierde jaar van de graduate studie zit. JWST “zal echt een nieuwe generatie astronomen en een nieuwe generatie wetenschap als geheel.” .”

massale botsing

Toen het beeld van SMACS 0723 werd vrijgegeven tijdens een briefing van het Witte Huis op 11 juli, ging de meeste aandacht naar Zeer verre sterrenstelsels op de achtergrond (SN: 7/11/22). Maar in het midden van de afbeelding bevindt zich SMACS 0723 zelf, een veel dichterbij gelegen groep sterrenstelsels op ongeveer 4,6 miljard lichtjaar van de aarde. Zijn massa buigt licht van verder weg, waardoor verre objecten vergroot lijken, alsof hun licht werd doorgelaten door de lens van een andere telescoop van kosmisch formaat.

Het licht van het verste sterrenstelsel in deze afbeelding begon zijn reis naar de JWST ongeveer 13,3 miljard jaar geleden – “ongeveer bij het aanbreken van het universum”, zegt astrofysicus Guillaume Mahler van de Universiteit van Durham in Engeland, die de afbeelding al als een vergroting gebruikt van mijn kennis.

Maar het beeld zou ook de geschiedenis van de groep tussenliggende sterrenstelsels zelf kunnen invullen. “Mensen vergeten dat soms – het cluster van sterrenstelsels is ook erg belangrijk”, zegt Pascal.

Het team van Pascal en Mahler begon met het inventariseren van verre sterrenstelsels die in het beeld uitgerekt en vervormd lijken. Het licht van sommige van deze sterrenstelsels wordt vervormd, zodat meerdere beelden van hetzelfde sterrenstelsel op verschillende plaatsen verschijnen. Het in kaart brengen van deze gemultiplexte sterrenstelsels is een gevoelige sonde van de manier waarop massa rond het cluster wordt verspreid. Dit kan op zijn beurt Onthult waar het cluster donkere materie bevatde onzichtbare en mysterieuze materie die het grootste deel van de massa in het universum vormt (SN: 9/10/20).

Beide groepen ontdekten dat SMACS 0723 meer langwerpig is dan in eerdere waarnemingen werd getoond. Ze vonden ook een zwakke gloed, intraclusterlicht genaamd, in de sterrenhoop die niet tot een bepaald sterrenstelsel behoort. Samen geven deze kenmerken aan dat: SMACS 0723 is nog steeds aan het herstellen Van Relatief recente smash Samen met andere melkweggroepen zullen de teams afzonderlijk rapporteren in een paar papers die op 14 juli bij arXiv.org zijn ingediend.

Een cluster van sterrenstelsels die eeuwen geleden op zichzelf heeft gestaan, zou een cirkelvormige verdeling van materie en licht binnen de cluster moeten hebben, in plaats van de rechthoekige vorm van SMACS 0723. Het is mogelijk dat de sterren die licht in de cluster uitstralen, zijn losgemaakt van hun oorspronkelijke sterrenstelsels door zwaartekracht tijdens de botsing.

“Twee aparte groepen zijn samengesmolten en het lijkt ons dat het nog niet helemaal geregeld is”, zegt Pascal. “Waar we naar kunnen kijken, is een aan de gang zijnde fusie.”

verre sterrenstelsels

Het in kaart brengen van de cluster van de cluster, zegt Mahler, is ook nodig om de eigenschappen van verre sterrenstelsels op de achtergrond van de afbeelding te ontcijferen. “Je moet massa en zijn vergrotingskracht begrijpen om te begrijpen wat erachter zit.”

Sommige wetenschappers onderzoeken die verre sterrenstelsels al in detail. De eerste JWST-gegevens bevatten niet alleen prachtige afbeeldingen, maar ook spectra, die metingen zijn van hoeveel licht een object met verschillende golflengten uitzendt. Met de spectra kunnen wetenschappers de hoeveelheid uitrekking van licht van een ver object bepalen – of de roodverschuiving van licht – door uitbreiding van het universum, die een agent is voor zijn dimensie. Deze gegevens kunnen ook helpen bij het onthullen van de samenstelling van de melkweg en de leeftijden van zijn sterren.

“Het belangrijkste dat de studie van stervorming in sterrenstelsels beperkt, is de kwaliteit van de gegevens”, zegt astrofysicus Adam Karnal van de Universiteit van Edinburgh. Maar met sterk verbeterde gegevens van JWST, zegt hij, konden hij en zijn team de leeftijden van sterren in die verre sterrenstelsels meten.

Karnal en collega’s richtten hun aandacht op de spectra van verre sterrenstelsels een paar dagen nadat het SMACS-beeld was vrijgegeven. Ze maten de roodverschuiving van tien sterrenstelsels, vijf ervan Het was vooral ver weg, meldde het team in een paper dat op 18 juli bij arXiv.org werd ingediend. Een van hen is al gemarkeerd als het verste sterrenstelsel dat ooit is gezien, met het licht dat slechts 500 miljoen jaar na de oerknal 13,8 miljard jaar geleden werd uitgestraald. De andere vier schenen tot 1,1 miljard jaar na de oerknal.

Alle 10 sterrenstelsels waren relatief klein toen ze het licht uitstraalden dat JWST oppikte, zegt Karnal. Ze hadden een paar miljoen jaar geleden allemaal hun stervorming aangezet. Dit is niet bijzonder verrassend, maar wel interessant.

“Als je naar deze zwakke kleine sterrenstelsels kunt kijken… krijg je een idee van hoe alle sterrenstelsels eruit zouden moeten zien als ze sterren gaan vormen”, zegt Karnal.

Wetenschappers hopen met JWST de eerste stervorming ooit te vinden. Andere vroege resultaten suggereren dat ze inderdaad dichtbij komen.

Enkele sterrenstelsels in de JWST-afbeelding van een andere groep misschien hoor je van vroeger, 300 miljoen jaar na de oerknal, rapporteren twee onderzoeksteams in twee artikelen die op 19 juli naar arXiv.org zijn gestuurd. Een van deze sterrenstelsels lijkt al een spiraalvormige schijf te hebben gevormd met een massa van meer dan een miljard keer de zon, die verrassend rijp is voor zo’n vroeg sterrenstelsel.

Het aantal sterrenstelsels gezien in SMACS 0723 geeft dit aan Sterrenstelsels met volwassen schijvenIn plaats van ongeorganiseerde klodders of die voornamelijk uit donkere materie bestaan, die misschien vaker voorkomen in het zeer vroege universum dan eerder werd gedacht, presenteerde een ander team op 19 juli een arXiv.org-paper. Dit betekent dat deze vroege aanpassingen misschien niet zo extreem zijn. .

“Natuurlijk, deze sterrenstelsels zijn een groot probleem, maar het valt nog te bezien hoe opwindend ze eruit zullen zien in de loop van een paar maanden voortgang met JWST”, zegt Karnal. Het beste moet nog komen.