5 grandes lecciones de la nueva galaxia récord JWST

Miremos donde miremos, nuestro universo está lleno de materia luminosa.

La galaxia «roja y muerta» NGC 1277 se encuentra dentro del cúmulo de Perseo. Mientras que otras galaxias contienen una mezcla de estrellas rojas y azules, esta galaxia no ha formado nuevas estrellas en unos 10 mil millones de años. En primer plano, en esta imagen se ven por todas partes objetos más cercanos, como estrellas, así como galaxias distantes.

crédito: NASA, ESA, M. Beasley (Instituto de Astrofísica de Canarias), y P. Kehusmaa

Las galaxias, sostenidas por estrellas, se encuentran dispersas por todo el universo.

Abel 2744 Colección Pandora

Las galaxias que forman el cúmulo de Pandora, Abell 2744, están contenidas dentro de los tres componentes separados del cúmulo que son fácilmente reconocibles visualmente, mientras que las fuentes de fondo restantes se encuentran dispersas por todo el universo, incluidos muchos de los primeros mil millones de años de la historia cósmica. Ahora se sabe que este campo de visión contiene muchas de las galaxias más antiguas jamás descubiertas, así como el cúmulo de galaxias primitivo más joven descubierto hasta ahora: sólo 650 millones de años después del Big Bang.

crédito: r. Besançon et al., presentado por ApJ, JWST UNCOVER Treasury Survey, 2023

Más lejos, son más azules, más pequeños y menos desarrollados.

Vía Láctea galaxias tiempo cósmico

Abundan las galaxias similares a la Vía Láctea actual, pero las galaxias más jóvenes que se parecen a la Vía Láctea son intrínsecamente más pequeñas, más azules, más desordenadas y, en general, más ricas en gas que las galaxias que vemos hoy. En las primeras galaxias de la historia, este efecto llega a un extremo. Como hemos visto antes, las galaxias obedecen estas reglas.

crédito: NASA, ESA, P. van Dokkum (Yale U.), S. Patel (Leiden U.) y el equipo 3-D-HST

Incluso dentro de los límites de nuestras herramientas, las galaxias todavía abundan.

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Esta pequeña porción del área de estudio JADES, tomada con el instrumento NIRCam de JWST, muestra en detalle galaxias relativamente cercanas, galaxias a distancias intermedias que parecen agrupadas e incluso galaxias muy distantes que pueden estar interactuando o formando estrellas, a pesar de su naturaleza débil y rojiza. apariencia. . Apenas hemos comenzado a explorar toda la riqueza del universo con el telescopio espacial James Webb.

crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA)

No hay visión más profunda que JADES: Estudio profundo extragaláctico avanzado JWST.

JWST Jade

Esta imagen muestra el área de estudio del Estudio Extraterrestre Profundo Galáctico Avanzado (JADES) del JWST. Esta región incluye y contiene el Máximo de Campo Profundo del Hubble y revela nuevas galaxias a distancias récord que el Hubble no podía ver. Los colores de las imágenes JWST no son «colores reales», sino que se asignan en función de una variedad de opciones. Esta imagen, publicada en diciembre de 2022, ha sido mejorada desde entonces por observaciones posteriores dentro de la misma región del espacio, siendo necesarias observaciones espectroscópicas para determinar la distancia a estas galaxias.

crédito: NASA, Agencia Espacial Europea, Agencia Espacial Canadiense, M. Zamani (ESA/Web); Créditos: Brant Robertson (UC Santa Cruz), S. Tachella (Cambridge), E. Lago Curtis (OH), S. Cargnani (Escula Normal Superior), Colaboración JADES

Con los nuevos datos espectroscópicos, El récord de distancia cósmica ha vuelto a caer.

Esta imagen muestra el espectro, o intensidad en función de la longitud de onda, de la galaxia distante JADES-GS-z14-0 obtenido utilizando el instrumento NIRSpec de JWST. La fracción de Lyman nos dice que la galaxia tiene un corrimiento al rojo de z = 14,32, lo que corresponde a la edad del universo en ese momento de sólo 285 millones de años.

crédito: NASA, Agencia Espacial Europea, Agencia Espacial Canadiense, c. Olmstead (STScI). Ciencia: S. Carniani (Scuola Normale Superiore), colaboración JADES

gds-gs-z14-0 es Ahora es la galaxia más distante jamás encontrada: Sólo 285 millones de años después del Big Bang.

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Si se traza el récord de distancia cósmica a lo largo del tiempo, queda claro que ha habido varios saltos importantes: en los años 1960, a finales de los 1990 y ahora nuevamente en los años 1920, en la era del Telescopio Espacial James Webb. Aunque todavía existen incertidumbres en cosmología, esta nueva galaxia sin precedentes debería aparecer entre 270 y 305 millones de años después del Big Bang.

crédito: Stefano Cargnani/Kevin Heinlein/Twitter

Aquí hay 5 grandes lecciones ya hemos aprendido De su descubrimiento.

Apareciendo en el contexto del campo JWST JADES, la galaxia JADES-GS-z14-0 no tiene nada de especial, pero aun así acaba de batir el récord de distancia cósmica una vez más, convirtiéndose en la primera galaxia descubierta cuando el universo tenía menos de 300 millones. años: Sólo el 2,1% de su edad actual.

crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA)

1.) No todas las galaxias primitivas son compactas.

Entre las galaxias distantes, GN-z11 y GHZ2 se encuentran entre las más brillantes, aunque siguen siendo notablemente compactas. JADES-GS-z14-1 es más típico: más tenue pero aún muy compacto, mientras que JADES-GS-z14-0 es más desconcertante: brillante y extendido, lo que sugiere un tamaño físico de hasta 1.700 años luz a una distancia increíble.

crédito: s. Cargnani et al. (Colaboración JADES), arXiv:2405.18485, 2024

Aunque (segundo lugar) JADES-GS-z14-1 parece un punto, es un hermano mas lejos En realidad, se extiende a lo largo de 1.700 años luz.

Galaxia JADES-GS-z14-0, junto con una galaxia superpuesta y no relacionada que se encuentra exactamente en la misma línea de visión. Su naturaleza extendida se puede ver claramente incluso en la imagen ampliada de NIRCam de las dos galaxias.

crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA); Explicaciones: e. Siegel

2.) No todas las candidatas a galaxias distantes son correctas.

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Filtros de galaxias muy distantes JADES

Antes del telescopio espacial James Webb, había alrededor de 40 candidatas a galaxias muy distantes, principalmente a partir de observaciones del Hubble. Los primeros resultados del JWST revelaron muchas galaxias candidatas muy distantes, pero ahora se han encontrado 717 de ellas en el campo de visión de JADES de sólo 125 minutos cuadrados. Todo el cielo nocturno es un millón de veces más grande, lo que sugiere que se pueden encontrar al menos cientos de millones de estas galaxias tan distantes. Si bien algunos sobrevivirán al seguimiento espectroscópico, otros no. Todavía queda mucha ciencia por hacer.

crédito: Kevin Heinlein por la colaboración JADES, AAS242

El análisis espectroscópico revela que algunas galaxias muy distantes son simplemente polvorientas e intrínsecamente rojas.

Si bien JADES-GS-z14-0 y JADES-GS-z14-1 (en rojo) resultan ser galaxias reales y muy distantes, muchas de las galaxias candidatas (en azul) resultarán ser impostoras a distancias más pequeñas. Maná: Rojo y/o polvoriento en esencia. El punto azul con un círculo negro alrededor también fue examinado por NIRSpec, lo que demostró que no se trata de una galaxia muy distante.

crédito: s. Cargnani et al. (Colaboración JADES), arXiv:2405.18485, 2024

3.) Algunas galaxias están “ocultas” por intrusos más cercanos.

JADES-GS-z14-0, en el cuadrado interior superior, se encuentra detrás (y a la derecha de) una galaxia más cercana, más brillante y más azul. No fue posible determinar la naturaleza del objeto distante excepto mediante el poder de la espectroscopia con una precisión asombrosa, capaz de separar las dos fuentes.

crédito: s. Cargnani et al. (Colaboración JADES), arXiv:2405.18485, 2024

JADES-GS-z14-0 se encontró únicamente separando esta galaxia de una galaxia más cercana en la misma línea de visión.

El instrumento NIRSpec altamente avanzado a bordo del JWST puede captar luz desde una región muy pequeña del espacio. Apuntando correctamente el telescopio, las fuentes deseadas, JADES-GS-z14-0 y JADES-GS-z14-1 en este caso, se pueden obtener por separado incluso de fuentes muy cercanas y parcialmente superpuestas.

crédito: s. Cargnani et al. (Colaboración JADES), arXiv:2405.18485, 2024

4.) Este nuevo poseedor del récord es notablemente brillante e inesperado..

Al ajustar los espectros de las tres galaxias más distantes jamás descubiertas en el mismo gráfico, JADES-GS-z13-0 (el poseedor del récord anterior), JADES-GS-z14-0 (el poseedor del récord actual) y JADES-GS- z14 -1 (recién descubierta con JADES-GS-z14-0), podemos comparar el brillo de estas tres galaxias. El más distante es también el más brillante por un factor de 4 o 5, lo que plantea un enigma para los astrónomos.

crédito: Kevin Heinlein/Colaboración JADES

Cinco veces más brillante Del poseedor del récord anterior (JADES-GS-z13-0), JADES-GS-z14-0 es Incluso es sorprendentemente visible a los ojos de Merry..

Esta extensión de cuatro paneles muestra cuatro vistas diferentes de la galaxia JADES-GS-z14-0 con datos ópticos MIRI. El hecho de que esta galaxia tenga tanta emisión a 7,7 micrones sugiere que el hidrógeno neutro y calentado (Balmer beta) y el oxígeno doblemente ionizado están presentes en cantidades significativas.

crédito: JM Hilton y col. (Colaboración JADES), arXiv:2405:18462, 2024

5.) Pero esta galaxia es extremadamente pobre en polvo..

Si bien las galaxias encontradas en épocas posteriores suelen exhibir grandes cantidades de polvo, lo que coincide con las teorías sobre la producción de polvo a partir de eventos de supernova, estas dos nuevas galaxias que baten récords muestran evidencia de que el polvo es producido solo por estrellas AGB, no a través de supernovas. Esta es una misteriosa sorpresa en los nuevos datos.

crédito: s. Cargnani et al. (Colaboración JADES), arXiv:2405.18485, 2024

Es como si en su interior no se produjeran supernovas.

SN 1987a JWST

La región central del remanente de supernova SN 1987A, vista por primera vez por el instrumento NIRCam de JWST en 2023. El telescopio espacial James Webb ha revelado características gaseosas y polvorientas en el interior del remanente con mayor detalle que cualquier observatorio anterior, como el colapso del núcleo. de supernovas Son sitios asombrosos para producir polvo cósmico.

crédito: NASA, ESA, CSA, Mikako Matsuura (Universidad de Cardiff), Richard Arndt (NASA-GSFC, UMBC), Claes Fransson (Universidad de Estocolmo), Josephine Larsson (KTH); Terapeuta: Alyssa Pagan (STScI)

Con JWST, el pasado de nuestro universo el se mantiene concentrado.

Incluso desde esta vista ampliada del campo JADES, es muy difícil detectar a simple vista la galaxia más distante jamás descubierta, JADES-GS-z14-0. Esta animación muestra su ubicación con un círculo verde: superponiendo una galaxia más brillante, más azul y más cercana.

crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, B. Robertson (UC Santa Cruz), B. Johnson (CfA), S. Tacchella (Cambridge), P. Cargile (CfA); Animación: E. Siegel

Mostly Mute Monday cuenta una historia astronómica con imágenes, elementos visuales y no más de 200 palabras.

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