Molte delle prime galassie assomigliavano a noodles da piscina e tavole da surf

Il telescopio spaziale James Webb della NASA ha rivelato che le galassie nell'universo primordiale assomigliano principalmente a forme allungate, come tavole da surf e noodles da stagno, piuttosto che a forme rotonde. Questa scoperta, basata sull'analisi delle immagini nel vicino infrarosso provenienti dall'indagine CEERS, rappresenta un'importante scoperta sulla struttura delle galassie primordiali ed estende le conoscenze fornite dal telescopio spaziale Hubble. Credito immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

Appendere dieci! I ricercatori che utilizzano Webb hanno scoperto che molte galassie distanti hanno dischi ellittici piatti e forme a tubo, piuttosto che strutture a spirale o ellittiche.

Pronto a colpire le “onde” cosmiche utilizzando Telescopio spaziale James Webb? Come un bagnino di turno, Webb scrutò l'orizzonte e individuò galassie lontane sotto forma di palloni da pallavolo, frisbee, tavole da surf e tavole da surf.

I ricercatori che hanno analizzato i dati di Webb hanno anche scoperto che le galassie simili a tavole da surf e le galassie noodle erano più comuni quando l’universo aveva tra 600 milioni e 6 miliardi di anni. Ciò contraddice quanto precedentemente confermato per le galassie più vicine alla “riva” con altri telescopi. Le galassie vicine sono spesso spirali chiaramente definite con bracci stellati, che sembrano anche dischi volanti, o ellissoidi lisci, che sembrano anche palle volanti.

Non è ancora chiaro se nuove forme di galassie si siano evolute nel corso dell’intero tempo cosmico. Sono necessarie ricerche future per capire come le geometrie 3D delle galassie si sono spostate nel corso di oltre 13 miliardi di anni.

Questi sono esempi di galassie distanti catturate dal telescopio spaziale James Webb della NASA nel Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS).
Una recente ricerca del CEERS condotta da Viraj Pandya, un Hubble Fellow della NASA presso la Columbia University di New York, ha dimostrato che le galassie spesso appaiono piatte e allungate, come spaghetti o tavole da surf (lungo la fila superiore).
Le galassie circolari sottili, a forma di disco, che assomigliano a dischi volanti, sono il successivo gruppo principale (in basso a sinistra e al centro).
Infine, le galassie con forma sferica, o palline volanti, costituivano la frazione più piccola dei loro ritrovamenti (in basso a destra).
Si stima che tutte queste galassie esistessero quando l'universo aveva tra 600 milioni e 6 miliardi di anni.
Credito immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

Webb mostra che molte delle prime galassie erano come noodles da piscina e tavole da surf

I ricercatori analizzano le immagini da NASAIl telescopio spaziale James Webb ha scoperto che le galassie nell’universo primordiale sono spesso piatte e allungate, come tavole da surf e noodle da biliardo – e raramente rotonde, come palloni da pallavolo o frisbee. “Circa il 50-80% delle galassie che abbiamo studiato sembrano essere piatte in due dimensioni”, ha spiegato l’autore principale Viraj Pandya, Hubble Fellow della NASA. Università della Columbia in New York. “Le galassie che assomigliano a noodles da piscina o a tavole da surf sembrano essere molto comuni nell'universo primordiale, il che è sorprendente, perché sono rare nelle vicinanze.”

Il team si è concentrato su un’ampia gamma di immagini nel vicino infrarosso fornite da Webb, note come Cosmic Evolution Early Evolution Science Survey (CEERS), da cui hanno estratto galassie che si stima esistessero quando l’universo aveva tra 600 milioni e 6 miliardi di anni. .

Mentre la maggior parte delle galassie distanti sembrano tavole da surf e piscine, altre hanno la forma di dischi volanti e palloni da pallavolo. Le “palle volanti” o galassie sferiche sembrano essere il tipo più compatto dell’“oceano” cosmico e spesso erano anche le meno definite. Si è scoperto che i frisbee sono grandi quanto una tavola da surf e galassie a forma di spaghetti lungo l’“orizzonte”, ma diventano più comuni vicino alla “riva” nell’universo vicino. (Confrontali nell'illustrazione qui sotto.)

Il team di Pandya ha identificato quattro classificazioni principali, mostrate sopra come oggetti 3D e sezioni trasversali. Sono ordinati dal meno frequente al più frequente.
In alto a sinistra, una scansione Webb mostra una classificazione rara nell'universo primordiale, ma comune oggi: galassie che hanno una forma sferica, o raffiche.
In alto a destra ci sono dischi circolari piatti o dischi volanti, che sono un po' più comuni.
Le forme delle galassie che dominarono questo primo periodo appaiono piatte e allungate, come le tavole da surf, mostrate in basso a sinistra, o i noodles da piscina, in basso a destra. Questa coppia di classificazioni costituisce circa il 50-80% di tutte le galassie distanti studiate finora: una sorpresa, perché queste forme sono rare nelle vicinanze.
Crediti immagine: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI), Viraj Pandya (Columbia), Hawen Zhang (Università dell'Arizona), Lucy Redding-Ekanda (Simmons Foundation)

La categoria che avremo via Lattea La galassia collasserebbe se potessimo riportare indietro l’orologio di miliardi di anni? “La nostra ipotesi migliore è che probabilmente assomigliasse a una tavola da surf”, ha detto il coautore Hawen Zhang, dottorando presso l'Università dell'Arizona a Tucson. Questa ipotesi si basa in parte su nuove prove fornite da Webb, in cui i teorici hanno “portato indietro l'orologio” per stimare la massa della Via Lattea miliardi di anni fa, che all'epoca era legata alla forma.

Queste galassie distanti sono anche molto meno massicce delle vicine galassie a spirale ed ellittiche, un precursore di galassie più massicce come la nostra. “Nell’universo primordiale, le galassie avevano molto meno tempo per crescere”, ha affermato Karthik Iyer, coautore e membro della NASA Hubble Fellow presso la Columbia University. “Identificare ulteriori classi di galassie primordiali è entusiasmante: c'è molto da analizzare ora. Ora possiamo studiare come le forme delle galassie si relazionano al loro aspetto e fornire una visione migliore di come si sono formate in modo più dettagliato.”

La nostra galassia, la Via Lattea, ha al centro un buco nero supermassiccio circondato da un rigonfiamento centrale di antiche stelle gialle. Oltre a ciò ci sono bracci a spirale bluastri pieni di stelle più giovani, stelle appena formate e strisce scure di polvere. Credito: NASA e STScI

La sensibilità di Webb, le immagini ad alta risoluzione e la specializzazione nella luce infrarossa hanno permesso al team di caratterizzare e sviluppare rapidamente modelli geometrici 3D di molte galassie CEERS. Pandya afferma inoltre che il loro lavoro non sarebbe stato possibile senza la vasta ricerca condotta dagli astronomi utilizzando la NASA Telescopio spaziale Hubble.

Per decenni Hubble ci ha stupito con le immagini di alcune delle galassie più antiche, a cominciare dalla primissima “Campo profondo” nel 1995 e continuando l’indagine di base nota come Cosmic Heritage Deep Extragalactic Near-Infrared Survey. Rilievi del cielo profondo come questi hanno prodotto statistiche molto più ampie, spingendo gli astronomi a creare potenti modelli 3D di galassie distanti in tutto il mondo. Tempo cosmico. Oggi Webb sta contribuendo a portare avanti questi sforzi, ampliando una vasta raccolta di galassie distanti che si trovano oltre la portata di Hubble e rivelando l'universo primordiale in modo molto più dettagliato di quanto fosse possibile in precedenza.

Questo fa parte del Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), che consiste in diversi indicatori del vicino infrarosso provenienti dalla NIRCam (Near Infrared Camera) a bordo del telescopio spaziale James Webb. Queste osservazioni rientrano nella stessa regione studiata dal telescopio spaziale Hubble, nota come barra di estensione Groth.
Le frecce della bussola nord ed est mostrano la direzione dell'immagine nel cielo. Si noti che la relazione tra nord ed est nel cielo (visti dal basso) è invertita rispetto alle frecce direzionali sulla mappa della Terra (visti dall'alto).
Questa immagine mostra le lunghezze d'onda invisibili della luce del vicino infrarosso tradotte nei colori della luce visibile. La chiave colorata mostra quali filtri NIRCam sono stati utilizzati durante la raccolta della luce. Il colore del nome di ciascun filtro è il colore della luce visibile utilizzata per rappresentare la luce infrarossa che passa attraverso quel filtro.
La barra della scala è chiamata secondi d'arco ed è una misura della distanza angolare nel cielo. Un secondo d'arco equivale a una misura angolare di 1/3600 di un grado. Ci sono 60 minuti d'arco in un grado e 60 secondi d'arco in un minuto d'arco. (Il diametro angolare della Luna è di circa 30 minuti d'arco.) La dimensione effettiva di un oggetto che copre un secondo d'arco nel cielo dipende dalla sua distanza dal telescopio.
Crediti immagine: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin)

Le immagini di Webb dell'universo primordiale erano come le onde dell'oceano, e fornivano nuove ondate di prove. “Hubble ha dimostrato da tempo che esiste un eccesso di galassie rettangolari”, ha spiegato il coautore Mark Huertas, ricercatore presso l'Istituto di Astrofisica delle Isole Canarie. Ma i ricercatori si chiedono ancora: ulteriori dettagli apparirebbero migliori con la sensibilità alla luce infrarossa? “Webb ha confermato che Hubble non ha trascurato nessuna caratteristica aggiuntiva nelle galassie che entrambi hanno osservato. Inoltre, Webb ci ha mostrato molte galassie distanti con forme simili, tutte in grande dettaglio.”

Ci sono ancora lacune nelle nostre conoscenze: non solo i ricercatori avranno bisogno di un campione di dimensioni maggiori rispetto a Webb per affinare le proprietà e le posizioni precise delle galassie distanti, ma dovranno anche dedicare molto tempo a modificare e aggiornare i loro modelli per riflettere meglio le precise geometrie. Da galassie lontane. “Questi sono i primi risultati”, ha detto la coautrice Elizabeth McGrath, assistente professore al Colby College di Waterville, nel Maine. “Dobbiamo scavare più a fondo nei dati per capire cosa sta succedendo, ma siamo molto entusiasti di queste prime tendenze.”

Riferimento: “Galassie a forma di banana: inferenza della geometria 3D delle galassie ad alto spostamento verso il rosso utilizzando JWST-CEERS” di Viraj Pandya, Haowen Zhang, Mark Huertas, Karthik J. Iyer, Elizabeth McGrath, Guillermo Barro, Steven L. Finkelstein, Martin Quimmel ,William J. Hartley, Henry C. FergusonJehan 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 Gonzalez, 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 Witts, Guang Yang e Lee Aaron Young, hanno accettato, IL Giornale astrofisico.
arXiv:2310.15232

Il James Webb Space Telescope è il principale osservatorio di scienze spaziali al mondo. Webb risolve i misteri del nostro sistema solare, guarda oltre i mondi lontani attorno ad altre stelle ed esplora le misteriose strutture e origini del nostro universo e il nostro posto in esso. WEB è un programma internazionale guidato dalla NASA con i suoi partner l'Agenzia spaziale europea (ESA).Agenzia spaziale europea) e l'Agenzia spaziale canadese.