Le nuove foto di Webb illuminano la formazione di una folla galattica

Un team di ricercatori sta pubblicando un documento basato su nuove immagini catturate dal telescopio spaziale Webb. Le immagini rivelano una densa concentrazione di materia nell’universo primordiale, che potrebbe indicare le prime fasi della formazione di un ammasso di galassie. Grazie allo spettrometro esistente, Webb è stato in grado di confermare che anche molte delle galassie precedentemente riprese da Hubble facevano parte dell’ammasso. Ha anche tracciato il flusso di gas emesso dalla più grande galassia esistente.

disegno dello spettro

I dispositivi principali per questo lavoro sono NIRSpec e spettrometro nel vicino infrarosso Questo fa parte del Webb Toolkit. Sebbene lo strumento stesso sia piuttosto avanzato, opera in base a principi importanti per azionare cose come la fotocamera del tuo cellulare.

In queste fotocamere consumer, i sensori registrano la luminosità di tre diverse regioni dello spettro visibile: rosso, verde e blu. Le immagini risultanti vengono create combinando queste informazioni, con diverse aree dell’immagine aventi un’intensità distinta per ciascuno di questi colori.

Lo spettrofotometro funziona anche monitorando l’intensità della luce in una regione limitata dello spettro. La differenza principale è che i segmenti dello spettro dell’immagine sono molto più piccoli dell’intera gamma di colori come il blu. E in questo caso, non fanno affatto parte dei colori: tutte le lunghezze d’onda sono nella regione infrarossa dello spettro. Tuttavia, proprio come le immagini RGB prodotte da una fotocamera, ogni parte dello spettro può essere analizzata individualmente o combinata in un’intera immagine “a colori” che include un’ampia gamma dello spettro.

Perché uno spettrofotometro è utile per osservare oggetti distanti? Ci sono due metodi che sono stati fondamentali per questo studio. Il primo è che la luce dell’universo primordiale diventa rossa a causa dell’espansione dell’universo mentre viaggia verso la Terra. Quindi i fotoni energetici con lunghezze d’onda come l’ultravioletto vengono gradualmente allungati fino a quando non vengono registrati da Webb come fotoni dell’infrarosso. Sapere esattamente quanto sono allungati ci dice la distanza dagli oggetti e abbiamo bisogno di conoscere la lunghezza d’onda attuale per determinarla. Lo spettrometro fornisce queste informazioni.

La seconda grande capacità fornita dallo spettrometro è il tracciamento dei materiali in movimento. Tutti gli elementi hanno una serie di lunghezze d’onda specifiche alle quali viene emessa la luce. Ma se sono in movimento rispetto a un osservatore, quella lunghezza d’onda è rossa o blu a causa dell’effetto Doppler, cambiando leggermente la lunghezza d’onda (questo effetto sarebbe in aggiunta allo spostamento verso il rosso causato dalla distanza). Quindi, identificando le emissioni di un particolare elemento e vedendo come si spostano, possiamo tracciare il movimento di quegli atomi, anche su grandi distanze.

Galassia attiva in un denso ammasso

Per il nuovo lavoro, Webb è stato diretto verso un cosiddetto quasar, o nucleo galattico attivo. È incredibilmente luminoso a causa di tutta la luce prodotta mentre la materia orbita attorno ai buchi neri supermassicci al centro delle galassie. In questo caso, il quasar, chiamato J1652, è stato identificato come di colore molto rosso, a indicare che la sua luce era cambiata bruscamente in rosso, e quindi lo vedremmo com’era nell’universo primordiale.

L’imaging di Webb ha confermato che il colore rosso di J1652 era dovuto a un grande spostamento verso il rosso; Il redshift aveva un valore di z ≈ 3, il che significa che si ritiene che la galassia sia esistita più di 11 miliardi di anni fa. Si ritiene che questo sia stato un momento critico nell’evoluzione della galassia, quando le enormi energie emesse dai buchi neri supermassicci hanno iniziato a espellere materia di formazione stellare dalla galassia, ponendo fine alla formazione stellare.

Un altro risultato sorprendente dei dati della spettroscopia è che almeno altri tre oggetti rilevati nella stessa regione nelle immagini di Hubble sembrano avere lo stesso spostamento verso il rosso. Ciò significa che sono altre galassie in prossimità di J1652. Dato che l’intera regione dell’immagine si estende per 85.000 anni luce, ciò rappresenta un’altissima concentrazione di galassie. (Per fare un confronto, la Via Lattea è larga più di 100.000 anni luce, sebbene sia molto più grande di queste prime galassie.)

Oltre a confermare le distanze, i dati di Webb hanno permesso ai ricercatori di tracciare gli atomi di ossigeno ionizzato, che vengono emessi a una lunghezza d’onda appropriata. Gli spostamenti di rosso e blu visibili in questi dati mostrano che il quasar sta vomitando materiale all’incirca verso la Terra e nella direzione opposta, coerentemente con i due getti che spesso si formano dai buchi neri. La grande quantità di materiale espulso è anche coerente con l’idea che la formazione di quasar potrebbe porre fine alla formazione stellare facendo esplodere la materia prima.

Ma i ricercatori sembrano più interessati all’altissima densità di galassie nella regione generale. Sulla base della quantità di materia presente, i ricercatori hanno estrapolato la quantità di materia oscura e hanno concluso che questa è un’area dell’universo densa come abbiamo immaginato finora, che suggeriscono sia il prodotto della fusione di due diverse materie . aure;

file arXiv. Numero astratto: 2210.10074 (A proposito di arXiv). Per la pubblicazione in Astrophysical Journal Letters.