Das James-Webb-Weltraumteleskop blickt in das frühe Universum und sieht Galaxien wie unsere eigene Milchstraße

Diese Simulation zeigt, wie sich stellare Stäbchen (links) und stabgetriebene Gasströmungen (rechts) bilden. Sternbalken spielen eine wichtige Rolle in der galaktischen Evolution, indem sie Gas in die zentralen Regionen der Galaxie leiten, wo es schnell in neue Sterne umgewandelt wird, 10- bis 100-mal schneller als im Rest der Galaxie. Die Balken unterstützen auch indirekt die Bildung von supermassiven Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien, indem sie den gasförmigen Teil des Weges lenken. Bildnachweis: Françoise Combes, Pariser Observatorium

neue Fotos von[{“ attribute=““>NASA’s James Webb Space Telescope (JWST) reveal for the first time galaxies with stellar bars — elongated features of stars stretching from the centers of galaxies into their outer disks — at a time when the universe was a mere 25% of its present age. The finding of so-called barred galaxies, similar to our Milky Way, this early in the universe will require astrophysicists to refine their theories of galaxy evolution.

Prior to JWST, images from the Hubble Space Telescope had never detected bars at such young epochs. In a Hubble image, one galaxy, EGS-23205, is little more than a disk-shaped smudge, but in the corresponding JWST image taken this past summer, it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar.

“I took one look at these data, and I said, ‘We are dropping everything else!’” said Shardha Jogee, professor of astronomy at The University of Texas at Austin. “The bars hardly visible in Hubble data just popped out in the JWST image, showing the tremendous power of JWST to see the underlying structure in galaxies,” she said, describing data from the Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), led by UT Austin professor, Steven Finkelstein.

The power of JWST to map galaxies at high resolution and at longer infrared wavelengths than Hubble allows it look through dust and unveil the underlying structure and mass of distant galaxies. This can be seen in these two images of the galaxy EGS23205, seen as it was about 11 billion years ago. In the HST image (left, taken in the near-infrared filter), the galaxy is little more than a disk-shaped smudge obscured by dust and impacted by the glare of young stars, but in the corresponding JWST mid-infrared image (taken this past summer), it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar. Credit: NASA/CEERS/University of Texas at Austin

The team identified another barred galaxy, EGS-24268, also from about 11 billion years ago, which makes two barred galaxies existing farther back in time than any previously discovered.

In an article accepted for publication in The Astrophysical Journal Letters, they highlight these two galaxies and show examples of four other barred galaxies from more than 8 billion years ago.

“For this study, we are looking at a new regime where no one had used this kind of data or done this kind of quantitative analysis before,” said Yuchen “Kay” Guo, a graduate student who led the analysis, “so everything is new. It’s like going into a forest that nobody has ever gone into.”

Bars play an important role in galaxy evolution by funneling gas into the central regions, boosting star formation.

“Bars solve the supply chain problem in galaxies,” Jogee said. “Just like we need to bring raw material from the harbor to inland factories that make new products, a bar powerfully transports gas into the central region where the gas is rapidly converted into new stars at a rate typically 10 to 100 times faster than in the rest of the galaxy.”

Bars also help to grow supermassive black holes in the centers of galaxies by channeling the gas part of the way.

Diese Simulation zeigt, wie sich stellare Stäbchen (links) und stabgetriebene Gasströmungen (rechts) bilden. Sternbalken spielen eine wichtige Rolle in der galaktischen Evolution, indem sie Gas in die zentralen Regionen der Galaxie leiten, wo es schnell in neue Sterne umgewandelt wird, 10- bis 100-mal schneller als im Rest der Galaxie. Die Balken unterstützen auch indirekt die Bildung von supermassiven Schwarzen Löchern in den Zentren von Galaxien, indem sie den gasförmigen Teil des Weges lenken. Bildnachweis: Françoise Combes, Pariser Observatorium

Die Entdeckung von Balken in diesen frühen Zeiten hat die Szenarien der Galaxienentwicklung auf verschiedene Weise erschüttert.

„Diese frühe Erkennung der Balken bedeutet, dass Modelle der Galaxienentwicklung jetzt einen neuen Weg durch die Balken haben, um die Produktion neuer Sterne in jungen Jahren zu beschleunigen“, sagte Jogee.

Und die Existenz dieser frühen Balken stellt theoretische Modelle in Frage, da sie die galaktische Physik korrigieren müssen, um die korrekte Häufigkeit von Balken vorherzusagen. Das Team wird in seinen kommenden Arbeiten verschiedene Modelle testen.

Eine Montage von JWST-Bildern zeigt sechs Beispiele von Balkengalaxien, von denen zwei die höchsten bisher quantifizierten und charakterisierten Erholungszeiten darstellen. Die Beschriftungen oben links von jeder Zahl zeigen die rückläufige Zeit jeder Galaxie, die von vor 8,4 bis 11 Milliarden Jahren (Gyr) reicht, als das Universum nur 40 % bis 20 % seines heutigen Alters hatte. Bildnachweis: NASA/CEERS/The University of Texas at Austin

JWST kann aus zwei Gründen Strukturen in fernen Galaxien besser aufdecken als Hubble: Erstens verleiht ihm sein größerer Spiegel eine größere Lichtsammelfähigkeit, wodurch es weiter und mit höherer Auflösung sehen kann. Zweitens kann es besser durch den Staub sehen, weil es bei längeren Infrarotwellenlängen beobachtet als das Hubble-Teleskop.

Die Studenten Eden Wise und Zilei Chen spielten eine wichtige Rolle in der Forschung, indem sie Hunderte von Galaxien visuell überprüften und nach denen suchten, die Balken zu haben schienen, was dazu beitrug, die Liste auf ein paar Dutzend einzugrenzen, damit andere Forscher sie mit intensiveren Berechnungen analysieren konnten . Annäherung.

Referenz: „Sehen Sie sich zuerst z > 1 Balken im Rest des Nahinfrarotrahmens mit frühen CEERS-Bildern von JWST an“ Von Yuchen Guo, Sharda Joji, Stephen L. Finkelstein, Zili Chen, Aiden Weiss, Michaela P. Bagley, Guillermo Barrow, Stegen & Witts, Dale D. Kosevski, Jean S. Karteltepe, Elizabeth J. McGrath, Henry C. Ferguson, Bahram Mobacher, Mauro Giavalescu, Ray A. Lucas, George A. Zavala, Jennifer M. Lutz, Norman A. Grojean, Mark Huertas-Company, Jesus Vega-Ferrero, Nimish P. Hathi, Pablo Arrabal Haro, Mark Dickinson, Anton M. Koekemoer, Casey Papovich, Nor Pirzkal, LY Aaron Yung, Bren E. Backhaus, Eric F. Bell, Antonello Calabrò, Nikko G. Cleary, Rosemary T. Cogan, MC Cooper, Luca Constantin, Darren Croton, Kelsey Davis, Alexandre de la Vega, Avishai Dekel, Maximilian Franco, Jonathan P. Gardner, Ben W. Holwerda, Taylor A. Hutchison, Viraj Pandya, Pablo G. Perez-Gonzalez, Swara Ravindranath, Caitlin Rose, Jonathan R. Trump, Weichen Wang akzeptiert, Astrophysikalische Zeitschriftenbriefe.
arXiv: 2210.08658

Weitere Co-Autoren von der University of Austin sind Stephen Finkelstein, Michaela Bagley und Maximilian Franco. Dutzende von Co-Autoren anderer Institutionen stammen aus den Vereinigten Staaten, dem Vereinigten Königreich, Japan, Spanien, Frankreich, Italien, Australien und Israel.

Die Finanzierung dieser Forschung wurde teilweise von der Roland K. Blumberg Endowment in Astronomy, der Heising-Simons Foundation und der NASA bereitgestellt. Diese Arbeit stützte sich auf Ressourcen des Texas Center for Advanced Computing, einschließlich Frontera, dem leistungsfähigsten Supercomputer an einer amerikanischen Universität.