Veel vroege sterrenstelsels leken op zwembadnoedels en surfplanken

Hang tien! Onderzoekers die Webb gebruikten, ontdekten dat veel verre sterrenstelsels platte elliptische schijven en buisachtige vormen hebben, in plaats van spiraalvormige of elliptische structuren.

Klaar om de kosmische “golven” te raken met behulp van James Webb-ruimtetelescoop? Als een dienstdoende badmeester speurde Webb de horizon af en ontdekte verre sterrenstelsels in de vorm van volleyballen, frisbees, surfplanken en surfplanken.

De onderzoekers die de gegevens van Webb analyseerden, ontdekten ook dat surfplankachtige sterrenstelsels en noedelstelsels vaker voorkwamen toen het universum tussen de 600 miljoen en 6 miljard jaar oud was. Dit is in tegenspraak met wat we eerder met andere telescopen hebben bevestigd voor sterrenstelsels dichter bij de ‘kust’. Nabijgelegen sterrenstelsels zijn vaak duidelijk gedefinieerde spiralen met sterrenarmen, die ook op vliegende schotels lijken, of gladde ellipsoïden, die ook op vliegende ballen lijken.

Het is nog niet duidelijk of er in de loop van de kosmische tijd nieuwe vormen van sterrenstelsels zijn ontstaan. Toekomstig onderzoek is nodig om erachter te komen hoe de 3D-geometrieën van sterrenstelsels gedurende meer dan 13 miljard jaar zijn verschoven.

Dit zijn voorbeelden van verre sterrenstelsels die zijn vastgelegd door NASA's James Webb-ruimtetelescoop in de Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS).
Recent CEERS-onderzoek onder leiding van Viraj Pandya, een NASA Hubble Fellow aan de Columbia University in New York, heeft aangetoond dat sterrenstelsels vaak plat en langwerpig lijken, zoals spaghetti of surfplanken (langs de bovenste rij).
Dunne, cirkelvormige schijfachtige sterrenstelsels, die op vliegende schotels lijken, vormen de volgende grote groep (linksonder en midden).
Ten slotte vormden sterrenstelsels met een bolvorm, oftewel vliegende ballen, het kleinste deel van hun bevindingen (rechtsonder).
Er wordt geschat dat al deze sterrenstelsels bestonden toen het heelal tussen de 600 miljoen en 6 miljard jaar oud was.
Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

Webb laat zien dat veel vroege sterrenstelsels op zwembadnoedels en surfplanken leken

Onderzoekers analyseren beelden van NASADe James Webb-ruimtetelescoop heeft ontdekt dat sterrenstelsels in het vroege heelal vaak plat en langwerpig zijn, zoals surfplanken en biljartnoedels – en zelden rond, zoals volleyballen of frisbees. “Ongeveer 50 tot 80% van de sterrenstelsels die we hebben bestudeerd, lijken plat te zijn in twee dimensies”, legt hoofdauteur Viraj Pandya, een Hubble Fellow bij NASA, uit. Columbia Universiteit in New York. “Stelselstelsels die op zwembadnoedels of surfplanken lijken, lijken heel gebruikelijk te zijn in het vroege heelal, wat verrassend is, omdat ze in de buurt ongebruikelijk zijn.”

Het team concentreerde zich op een breed scala aan nabij-infraroodbeelden van Webb, bekend als de Cosmic Evolution Early Evolution Science Survey (CEERS), waaruit ze sterrenstelsels haalden die naar schatting bestonden toen het universum tussen de 600 miljoen en 6 miljard jaar oud was. .

Terwijl de meest verre sterrenstelsels op surfplanken en zwembadnoedels lijken, hebben andere de vorm van frisbeeplaten en volleyballen. ‘Vliegende ballen’ of bolvormige sterrenstelsels lijken het meest compacte type op de kosmische ‘oceaan’ te zijn en waren ook vaak het minst gedefinieerd. Er is ontdekt dat frisbees zo groot zijn als een surfplank en spaghetti-vormige sterrenstelsels langs de ‘horizon’, maar ze komen steeds vaker voor nabij de ‘kust’ in het naburige universum. (Vergelijk ze in de onderstaande afbeelding.)

Pandya's team identificeerde vier hoofdclassificaties, hierboven weergegeven als 3D-objecten en dwarsdoorsneden. Ze zijn gerangschikt van minst naar meest voorkomend.
Linksboven toont een Webb-scan een classificatie die zeldzaam was in het vroege heelal, maar tegenwoordig gebruikelijk is: sterrenstelsels met een bolvorm, oftewel salvo's.
Rechtsboven staan ​​platte ronde schijven of vliegende schotels, die iets vaker voorkomen.
De vormen van sterrenstelsels die tijdens deze vroege periode domineerden, lijken plat en langwerpig, zoals surfplanken (linksonder) of zwembadnoedels (rechtsonder). Dit paar classificaties maakt grofweg 50 tot 80 procent uit van alle verre sterrenstelsels die ze tot nu toe hebben bestudeerd – een verrassing, omdat deze vormen in de buurt ongebruikelijk zijn.
Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI), Viraj Pandya (Columbia), Hawen Zhang (Universiteit van Arizona), Lucy Redding-Ekanda (Simmons Foundation)

De categorie die we zullen hebben Melkweg Zou het sterrenstelsel instorten als we de klok miljarden jaren terug konden draaien? “Onze beste inschatting is dat het waarschijnlijk op een surfplank leek”, zegt co-auteur Hawen Zhang, een promovendus aan de Universiteit van Arizona in Tucson. Deze hypothese is gedeeltelijk gebaseerd op nieuw bewijsmateriaal van Webb, waarin theoretici “de klok terugdraaiden” om miljarden jaren geleden de massa van de Melkweg te schatten, die destijds aan de vorm was gekoppeld.

Deze verre sterrenstelsels zijn ook veel minder zwaar dan nabijgelegen spiraalvormige en elliptische sterrenstelsels, een voorloper van massievere sterrenstelsels zoals het onze. ‘In het vroege heelal hadden sterrenstelsels veel minder tijd om te groeien’, zegt Karthik Iyer, co-auteur en NASA Hubble Fellow ook aan Columbia University. “Het identificeren van aanvullende klassen van vroege sterrenstelsels is spannend – er valt nu veel te analyseren. We kunnen nu bestuderen hoe de vormen van sterrenstelsels zich verhouden tot hun uiterlijk en een beter beeld geven van hoe ze in meer detail zijn gevormd.

Ons sterrenstelsel, de Melkweg, heeft een superzwaar zwart gat in de kern, omringd door een centrale uitstulping van oude, gele sterren. Daarachter bevinden zich blauwachtige spiraalarmen gevuld met jongere sterren, nieuw gevormde sterren en donkere stofstroken. Krediet: NASA en STScI

Dankzij Webb's gevoeligheid, hoge resolutiebeelden en specialisatie in infrarood licht kon het team snel aan de slag met het karakteriseren en ontwikkelen van geometrische 3D-modellen van veel van de CEERS-sterrenstelsels. Pandya zegt ook dat hun werk niet mogelijk zou zijn geweest zonder het uitgebreide onderzoek dat astronomen met behulp van NASA hebben uitgevoerd Hubble-ruimtetelescoop.

Decennia lang heeft Hubble ons verblind met beelden van enkele van de oudste sterrenstelsels, te beginnen met de allereerste “Diepveld” in 1995 en voortzetting van het kernonderzoek dat bekend staat als de Cosmic Heritage Deep Extragalactic Near-Infrared Survey. Dergelijke deep-sky-onderzoeken hebben veel grotere statistieken opgeleverd, wat astronomen ertoe heeft aangezet krachtige 3D-modellen te maken van verre sterrenstelsels over de hele wereld. Kosmische tijd. Tegenwoordig helpt Webb deze inspanningen vooruit te helpen, door toe te voegen aan een grote verzameling verre sterrenstelsels die buiten het bereik van Hubble liggen, en door het vroege heelal in veel meer detail te onthullen dan voorheen mogelijk was.

Dit maakt deel uit van de Cosmic Evolution Early Launch Science Survey (CEERS), die bestaat uit verschillende nabij-infraroodindicatoren van NIRCam (Near Infrared Camera) aan boord van de James Webb Space Telescope. Deze waarnemingen vallen binnen hetzelfde gebied dat is bestudeerd door de Hubble-ruimtetelescoop, bekend als de Groth Extension Bar.
De noord- en oostkompaspijlen geven de richting van het beeld aan de hemel aan. Merk op dat de relatie tussen het noorden en het oosten aan de hemel (van onderaf gezien) omgekeerd is ten opzichte van de richtingspijlen op de kaart van de aarde (van bovenaf gezien).
Deze afbeelding toont onzichtbare golflengten van nabij-infraroodlicht, vertaald in de kleuren van zichtbaar licht. De kleurensleutel laat zien welke NIRCam-filters zijn gebruikt bij het verzamelen van het licht. De kleur van elke filternaam is de kleur van het zichtbare licht dat wordt gebruikt om het infraroodlicht weer te geven dat door dat filter gaat.
De schaalbalk wordt boogseconden genoemd en is een maat voor de hoekafstand aan de hemel. Eén boogseconde is gelijk aan een hoekmaat van 1/3600 van één graad. Er zitten 60 boogminuten in een graad en 60 boogseconden in een boogminuut. (De hoekdiameter van de maan is ongeveer 30 boogminuten.) De werkelijke grootte van een object dat één boogseconde aan de hemel bestrijkt, hangt af van de afstand tot de telescoop.
Beeldcredits: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin)

Webbs beelden van het vroege heelal waren als oceaangolven en leverden nieuwe golven van bewijsmateriaal op. “Hubble heeft al lang aangetoond dat er een overschot aan rechthoekige sterrenstelsels bestaat”, legt co-auteur Mark Huertas uit, wetenschappelijk onderzoeker aan het Instituut voor Astrofysica van de Canarische Eilanden. Maar onderzoekers vragen zich nog steeds af: zouden aanvullende details beter verschijnen met gevoeligheid voor infrarood licht? ‘Webb bevestigde dat Hubble geen enkel extra kenmerk heeft gemist in de sterrenstelsels die ze allebei hebben waargenomen. Bovendien liet Webb ons veel verre sterrenstelsels zien met vergelijkbare vormen, allemaal tot in de kleinste details.’

Er zijn nog steeds hiaten in onze kennis – niet alleen zullen onderzoekers een grotere steekproefomvang nodig hebben dan Webb om de eigenschappen en precieze locaties van verre sterrenstelsels te verfijnen, ze zullen ook veel tijd moeten besteden aan het aanpassen en bijwerken van hun modellen om de precieze geometrieën. Van verre sterrenstelsels. “Dit zijn vroege bevindingen”, zegt co-auteur Elizabeth McGrath, assistent-professor aan het Colby College in Waterville, Maine. “We moeten dieper in de gegevens duiken om erachter te komen wat er aan de hand is, maar we zijn erg enthousiast over deze vroege trends.”

Referentie: “Banaanvormige sterrenstelsels: de 3D-geometrie van sterrenstelsels met een hoge roodverschuiving afleiden met behulp van JWST-CEERS” door Viraj Pandya, Haowen Zhang, Mark Huertas, Karthik J. Iyer, Elizabeth McGrath, Guillermo Barro, Steven L. Finkelstein, Martin Quimmel , Willem J. Hartley, Henry C. Ferguson, Jehan S. Kartaltepe, Joel Primack, Avishay Dekel, Sandra M. Faber, David C. Coe, Greg L. Bryan, Rachel S. Somerville, Ricardo O. Amorin, Pablo Arrabal Haro, Michaela B. Bagley, Eric F. Bell, Emmanuel Bertin, Luca Costantin, Romelle Dave, Mark Dickinson, Robert Feldman, Adriano Fontana, Rafael Gavazzi, Mauro Giavalesco, Andrea Grazian, Norman A. Grogen, Yuchen Guo , Changhun Han, Penny Holwerda, Lisa J. Kewley, Alison Kirkpatrick, Anton M. Quickmore, Jennifer M. Lutz, Ray A. Lucas, Laura Pinterici, Pablo G. Perez González, Nor Pierzkal, Dale D. Kosevski, Casey Babovich, Swara Ravindranath, Kaitlyn Rose, Mark Schaefer, Raymond C. Simmons, Amber N. Strawn, Sandro Takela, Jonathan R. Trump, Alexander de la Vega, Stephen M. Wilkins, Stijn Waits, Guang Yang en Lee Aaron Young, aanvaardden, de Astrofysisch tijdschrift.
arXiv:2310.15232

De James Webb-ruimtetelescoop is 's werelds toonaangevende observatorium voor ruimtewetenschap. Webb lost de mysteries van ons zonnestelsel op, kijkt verder dan de verre werelden rond andere sterren en onderzoekt de mysterieuze structuren en oorsprong van ons universum en onze plaats daarin. WEB is een internationaal programma onder leiding van NASA en zijn partners, de European Space Agency (ESA).Europese Ruimtevaartorganisatie) en de Canadian Space Agency.