Webb enthüllt die am weitesten entfernte bekannte Galaxie – „bisher wichtigste extragalaktische Entdeckung“

Dieses Infrarotbild vom James Webb-Weltraumteleskop der NASA (auch Webb oder JWST genannt) wurde von der NIRCam (Near Infrarot Camera) des JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES)-Programms aufgenommen. NIRCam-Daten wurden verwendet, um Galaxien zu identifizieren, die durch spektroskopische Beobachtungen weiter untersucht werden sollten. Für eine dieser Galaxien, JADES-GS-z14-0 (im Bild gezeigt), wurde eine Rotverschiebung von 14,32 (+0,08/-0,20) festgestellt, was sie zum aktuellen Rekordhalter für die am weitesten entfernte bekannte Galaxie macht. Dies entspricht einer Zeit von weniger als 300 Millionen Jahren nach dem Urknall. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Taccella (Cambridge), Phil Cargill (CfA)

Astronomen verwenden NASA‚S James Webb-Weltraumteleskop Sie entdeckten die ältesten und am weitesten entfernten bekannten Galaxien, die nur 300 Millionen Jahre alt sind die große ExplosionEs ist ein wichtiger Meilenstein zum Verständnis der frühen Stadien des Universums.

Ein internationales Astronomenteam hat die Entdeckung der beiden bisher ältesten und am weitesten entfernten bestätigten Galaxien bekannt gegeben, die nur 300 Millionen Jahre nach dem Urknall entstanden sind. Diese wichtige Entdeckung, die mit dem James Webb Space Telescope (JWST) der NASA gemacht wurde, stellt einen wichtigen Meilenstein in der Erforschung des frühen Universums dar. Diese Galaxien wurden vom JWST-Team Advanced Galactic Deep Extraterrestrial Survey (JADES) unter der gemeinsamen Leitung des Astronomen Brant Robertson von der University of California in Santa Cruz entdeckt.

„Diese Entdeckung ist völlig unerwartet und wird wahrscheinlich als die bisher wichtigste extragalaktische Entdeckung des JWST angesehen“, sagte Robertson, Professor für Astronomie und Astrophysik und Mitglied des JADES-Lenkungsausschusses. Er ist der Hauptautor des ersten von drei Artikeln, die sich mit verschiedenen Aspekten der Entdeckung befassen.

In einem Artikel kamen die Autoren zu dem Schluss: „Dies zeigt den direkten Einfluss, den neue JWST-Beobachtungen auf unser Wissen über das ferne Universum haben können.“ Da sich heute weniger als 300 Millionen Jahre nach dem Urknall Galaxienhaufen mit hoher Rotverschiebung bilden, haben wir unseren Zugang zur kosmischen Vergangenheit in den ersten 18 Monaten des JWST-Betriebs um 40 % erweitert.

Unter Rotverschiebung versteht man einen durch die Ausdehnung des Universums verursachten Effekt, bei dem die Wellenlänge des Lichts entfernter Galaxien auf seinem Weg gestreckt wird. In diesen neu entdeckten Galaxien ist der Effekt intensiv und erstreckt sich um den Faktor 15, wodurch sogar das ultraviolette Licht der Galaxien in infrarote Wellenlängen verschoben wird, die nur das James Webb-Weltraumteleskop sehen kann.

Mit dem Nahinfrarotspektrometer (NIRSpec) des James-Webb-Weltraumteleskops der NASA haben Wissenschaftler ein Spektrum der fernen Galaxie JADES-GS-z14-0 aufgenommen, um deren Rotverschiebung präzise zu messen und so ihr Alter zu bestimmen. Die Rotverschiebung kann aus der Lage der kritischen Wellenlänge bestimmt werden, die als Lyman-Alpha-Fraktion bekannt ist. Diese Galaxie entstand weniger als 300 Millionen Jahre nach dem Urknall. Bildquelle: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI), S. Cargnani (Scuola Normale Superiore), JADES-Zusammenarbeit

Auf der Jagd nach frühen Galaxien

Die moderne Theorie geht davon aus, dass sich Galaxien in besonderen Regionen entwickeln, in denen die Schwerkraft kosmisches Gas und dunkle Materie in dichten Klumpen konzentriert, die als „Halos“ bekannt sind. Diese Halos entwickelten sich im frühen Universum schnell und verschmolzen zu massiven Materieklumpen. Diese schnelle Entwicklung ist der Grund, warum Astronomen so sehr daran interessiert sind, ältere Galaxien zu finden: Jeder kleine Schritt führt unseren Blick zurück in eine weniger entwickelte Zeit, in der hellere Galaxien deutlicher und ungewöhnlicher waren.

Die beiden neu entdeckten Galaxien wurden in einer Region in der Nähe des Hubble Extreme Deep Field gefunden und dies wurde durch spektroskopische Analyse bestätigt. In Übereinstimmung mit den Standardbenennungspraktiken der Zusammenarbeit sind die Galaxien jetzt als JADES-GS-z14-0 und JADES-GS-z14-1 bekannt, wobei die erstere die weiter entfernte der beiden ist.

Der JADES-GS-z14-0 ist nicht nur der neue Distanzrekordhalter, sondern auch groß und hell. JWST misst die Galaxie mit einem Durchmesser von mehr als 1.600 Lichtjahren. Viele der hellsten Galaxien erzeugen den Großteil ihres Lichts durch Gas, das in eine massereiche Galaxie fällt schwarzes Loch, Quasarproduktion. Das Team sagt jedoch, dass die Größe von JADES-GS-z14-0 bedeutet, dass das Licht von jungen Sternen erzeugt werden muss.

Tief verborgene Schätze

Allerdings war die massereiche Galaxie für das JADES-Team ein Rätsel, als sie sie vor mehr als einem Jahr zum ersten Mal entdeckten, da sie am Himmel nahe genug an einer Vordergrundgalaxie zu sein scheint, dass sie nicht sicher sein konnten, dass die beiden nicht Nachbarn waren. Doch im Oktober 2023 führte das JADES-Team eine tiefere Bildgebung durch – fünf volle Tage lang mit der JWST-Nahinfrarotkamera in nur einem Feld –, um das „JADES Asset Field“ zu bilden. Durch den Einsatz von Filtern zur besseren Isolierung früher Galaxien wuchs die Gewissheit, dass JADES-GS-z14-0 tatsächlich sehr weit entfernt war.

Darüber hinaus fiel die Galaxie zufällig in eine Region, in der das Team mit dem JWST Mid-InfraRed-Instrument ultratiefe Aufnahmen machte. Diese kombinierten Bildergebnisse überzeugten das Team, die Galaxie in die als Gipfelbeobachtung von JADES geplante Kampagne einzubeziehen, eine 75-stündige Kampagne zur Durchführung spektroskopischer Analysen schwacher früher Galaxien. Die spektroskopische Analyse bestätigte ihre Hoffnungen, dass JADES-GS-z14-0 tatsächlich eine Rekordgalaxie war und dass die schwache Kandidatengalaxie JADES-GS-z14-1 fast ebenso weit entfernt war.

Eine neue Ära der kosmischen Erforschung

Die Kombination aus hoher Leuchtkraft und stellarem Ursprung macht JADES-GS-z14-0 zum bisher herausragendsten Beweis für die schnelle Entstehung großer, massereicher Galaxien im frühen Universum. „Wir hätten diese Galaxie auch dann entdecken können, wenn sie zehnmal schwächer wäre, was bedeutet, dass wir andere Beispiele im frühen Universum sehen könnten – vielleicht innerhalb der ersten 200 Millionen Jahre“, sagte Robertson. „Diese Galaxie ist wirklich ein Juwel und weist auf weitere verborgene Schätze im frühen Universum hin.“

Robertsons Artikel „Early galaxies in the JADES origins field: a function of luminosity and cosmic starformation rate density 300 million years after the Big Bang“ wurde zur Veröffentlichung in der Zeitschrift angenommen Astrophysikalisches Journal.

Referenz: „Frühe Galaxien im JADES-Ursprungsfeld: Leuchtkraftfunktion und Dichtefunktion der kosmischen Sternentstehungsrate 300 Ma nach dem Urknall“ von Brant Robertson, Benjamin D. William M. Baker, Andrew J. Bunker, Stefano Cargnani, Courtney Carrera, Philip A. Cargill, Stephane Charlot, Jacopo Chevallard, Mirko Curti, Emma Curtis-Lake, Francesco DiEugenio, Ichi Egami, Ryan Hausen, Jacob M. Hilton. , Peter Jacobsen, Ziyuan Ji, Gareth C. Jones, Roberto Maiolino, Michael V. Maceda, Erika Nilsson, Pablo G. Pérez Gonzalez, David Puskas, Marcia Ricci, Rinsky Smit, Vengo Sun, Hanna Opler, Lily Witler, Cristina C. Williams, Christopher N. A. Wilmer, Chris Willott, Joris Wittstock, angenommen. Astrophysikalisches Journal.
arXiv:2312.10033

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihres Partners, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA).Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Canadian Space Agency).