Teleskop Luar Angkasa James Webb melihat ke alam semesta awal, melihat galaksi seperti Bima Sakti kita

Simulasi ini menunjukkan bagaimana batang bintang (kiri) dan aliran gas yang digerakkan batang (kanan). Stellar bar memainkan peran penting dalam evolusi galaksi dengan menyalurkan gas ke wilayah pusat galaksi, di mana ia dengan cepat diubah menjadi bintang baru, 10 hingga 100 kali lebih cepat daripada kecepatan di seluruh galaksi. Batang-batang itu juga secara tidak langsung membantu pembentukan lubang hitam supermasif di pusat-pusat galaksi dengan mengarahkan bagian gasnya. Kredit: Françoise Combes, Observatorium Paris

foto baru dari[{” 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.

Simulasi ini menunjukkan bagaimana batang bintang (kiri) dan aliran gas yang digerakkan batang (kanan). Stellar bar memainkan peran penting dalam evolusi galaksi dengan menyalurkan gas ke wilayah pusat galaksi, di mana ia dengan cepat diubah menjadi bintang baru, 10 hingga 100 kali lebih cepat daripada kecepatan di seluruh galaksi. Batang juga secara tidak langsung membantu pembentukan lubang hitam supermasif di pusat galaksi dengan mengarahkan bagian gasnya. Kredit: Françoise Combes, Observatorium Paris

Penemuan batang-batang selama masa-masa awal ini telah menggoyahkan skenario-skenario evolusi galaksi dalam beberapa cara.

“Deteksi dini batang-batang ini berarti model evolusi galaksi sekarang memiliki jalur baru melalui batang-batang untuk mempercepat produksi bintang baru pada usia dini,” kata Jogee.

Dan keberadaan batang-batang awal ini menantang model teoretis karena mereka perlu mengoreksi fisika galaksi untuk memprediksi kelimpahan batang yang benar. Tim akan menguji model yang berbeda dalam makalah mereka yang akan datang.

Montase gambar JWST menunjukkan enam contoh galaksi terlarang, dua di antaranya mewakili waktu pemulihan tertinggi yang dihitung dan dikarakterisasi hingga saat ini. Label di kiri atas setiap angka menunjukkan waktu retrograde setiap galaksi, yang berkisar antara 8,4 hingga 11 miliar tahun yang lalu (Gyr), ketika alam semesta hanya berusia 40% hingga 20% dari usianya saat ini. Kredit: NASA/CEERS/Universitas Texas di Austin

JWST dapat mengungkap struktur di galaksi jauh lebih baik daripada Hubble karena dua alasan: Pertama, cerminnya yang lebih besar memberikan kemampuan pengumpulan cahaya yang lebih besar, memungkinkannya melihat lebih jauh dan dengan resolusi lebih tinggi. Kedua, dapat melihat menembus debu lebih baik karena mengamati pada panjang gelombang inframerah yang lebih panjang daripada teleskop Hubble.

Sarjana Eden Wise dan Zilei Chen memainkan peran utama dalam penelitian dengan meninjau ratusan galaksi secara visual, mencari yang tampaknya memiliki batang, yang membantu mempersempit daftar menjadi beberapa lusin sehingga peneliti lain dapat menganalisisnya dengan perhitungan yang lebih intensif. . Mendekati.

Referensi: “Tampilan pertama pada Z > 1 bar dalam bingkai inframerah-dekat istirahat dengan pencitraan CEERS awal JWST” Oleh Yuchen Guo, Sharda Joji, Stephen L Finkelstein, Zili Chen, Aiden Wise, Michaela P Bagley, Guillermo Barrow, 2010; Stegen & Witts, Dale D. Kosevski, Jehan S. Kartaltepe, Elizabeth J. McGrath, Henry C. Ferguson, Bahram Mubasher, Mauro Giavalescu, Ray A. Lucas, George A. Zavala, Jennifer M. Lutz, Norman A. Grojean, Mark Gardens Company, Jesus Vega-Ferrero, Nimish P. Hathi, Pablo Arrabal Haro , Mark Dickinson, Anton M. Cockeymore, Casey Papovich, Nor Perzkal, LY Aaron Young, Bryn E. Backhouse, Eric F. Bell, Antonello Calabro, Nico J. Cleary, Rosemary T. Cogan, MC Cooper, Luca Constantin, Darren Croton , Kelsey Davis Accepted, 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 dan Wichen Wang. Surat Jurnal Astrofisika.
arXiv: 2210.08658

Rekan penulis lain dari University of Austin adalah Stephen Finkelstein, Michaela Bagley, dan Maximilian Franco. Lusinan rekan penulis dari institusi lain berasal dari Amerika Serikat, Inggris, Jepang, Spanyol, Prancis, Italia, Australia, dan Israel.

Pendanaan untuk penelitian ini sebagian disediakan oleh Roland K. Blumberg Endowment in Astronomy, Heising-Simons Foundation, dan NASA. Pekerjaan ini menggunakan sumber daya di Texas Center for Advanced Computing, termasuk Frontera, superkomputer terkuat di universitas Amerika.