Webbs neue Fotos beleuchten die Entstehung einer galaktischen Menschenmenge

Ein Forscherteam veröffentlicht ein Papier, das auf neuen Bildern basiert, die vom Webb-Weltraumteleskop aufgenommen wurden. Die Bilder zeigen eine dichte Materiekonzentration im frühen Universum, was auf frühe Stadien bei der Entstehung eines Galaxienhaufens hindeuten könnte. Dank des vorhandenen Spektrometers konnte Webb bestätigen, dass viele der zuvor von Hubble abgebildeten Galaxien ebenfalls Teil des Haufens waren. Es verfolgte sogar den Gasfluss, der von der größten existierenden Galaxie ausgestoßen wurde.

Spektrum zeichnen

Die Hauptgeräte für diese Arbeit sind NIRSpec und Nahinfrarot-Spektrometer Dies ist Teil des Webb-Toolkits. Obwohl das Tool selbst ziemlich fortschrittlich ist, arbeitet es nach wichtigen Prinzipien, um Dinge wie die Kamera Ihres Handys zu bedienen.

In diesen Verbraucherkameras erfassen Sensoren die Helligkeit von drei verschiedenen Bereichen des sichtbaren Spektrums: Rot, Grün und Blau. Die resultierenden Bilder werden durch Kombinieren dieser Informationen erstellt, wobei verschiedene Bereiche des Bildes eine unterschiedliche Intensität für jede dieser Farben aufweisen.

Das Spektralfotometer funktioniert auch, indem es die Intensität des Lichts in einem begrenzten Bereich des Spektrums verfolgt. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Segmente des abgebildeten Spektrums viel kleiner sind als der gesamte Farbbereich, z. B. Blau. Und in diesem Fall gehören sie überhaupt nicht zu den Farben – alle Wellenlängen liegen im Infrarotbereich des Spektrums. Genau wie RGB-Bilder, die von einer Kamera erzeugt werden, kann jedoch jeder Teil des Spektrums entweder einzeln analysiert oder zu einem vollständigen „Farb“-Bild kombiniert werden, das einen weiten Bereich des Spektrums umfasst.

Warum ist ein Spektralfotometer nützlich, um entfernte Objekte zu betrachten? Es gibt zwei Methoden, die für diese Studie entscheidend waren. Das erste ist, dass das Licht aus dem frühen Universum aufgrund der Expansion des Universums auf seinem Weg zur Erde rot wird. So werden energiereiche Photonen mit Wellenlängen wie Ultraviolett allmählich gestreckt, bis sie von Webb als Infrarotphotonen aufgezeichnet werden. Genau zu wissen, wie stark sie gedehnt sind, sagt uns die Entfernung zu Objekten, und wir müssen die aktuelle Wellenlänge kennen, um sie zu bestimmen. Das Spektrometer liefert diese Informationen.

Die zweite Hauptfunktion, die das Spektrometer bietet, ist die Verfolgung von sich bewegenden Materialien. Alle Elemente haben eine Reihe spezifischer Wellenlängen, bei denen Licht emittiert wird. Wenn sie sich jedoch relativ zu einem Beobachter bewegen, ist diese Wellenlänge aufgrund des Doppler-Effekts entweder rot oder blau, wodurch sich die Wellenlänge geringfügig ändert (dieser Effekt würde zusätzlich zu der durch die Entfernung verursachten Rotverschiebung auftreten). Indem wir also die Emissionen eines bestimmten Elements identifizieren und sehen, wie sie sich verschieben, können wir die Bewegung dieser Atome sogar über große Entfernungen verfolgen.

Aktive Galaxie in einem dichten Cluster

Für die neue Arbeit wurde Webb zu einem sogenannten Quasar oder aktiven galaktischen Kern geleitet. Es ist unglaublich hell, weil all das Licht erzeugt wird, wenn Materie um die supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum von Galaxien kreist. In diesem Fall wurde der Quasar mit der Bezeichnung J1652 als sehr rot identifiziert, was darauf hindeutet, dass sich sein Licht stark in rot geändert hatte, und wir würden ihn daher so sehen, wie er im frühen Universum war.

Webbs Bildgebung bestätigte, dass die rote Farbe von J1652 auf eine große Rotverschiebung zurückzuführen war; Die Rotverschiebung hatte einen Wert von z ≈ 3, was bedeutet, dass die Galaxie vermutlich vor mehr als 11 Milliarden Jahren existiert hat. Es wird angenommen, dass dies eine kritische Zeit in der Entwicklung der Galaxie war, als die massiven Energien, die von supermassiven Schwarzen Löchern ausgestrahlt wurden, begannen, sternbildende Materie aus der Galaxie auszustoßen, was der Sternentstehung ein Ende setzte.

Ein weiteres bemerkenswertes Ergebnis der Spektroskopiedaten ist, dass mindestens drei andere Objekte, die in der gleichen Region in den Hubble-Bildern entdeckt wurden, die gleiche Rotverschiebung zu haben scheinen. Dies bedeutet, dass es sich um zusätzliche Galaxien in unmittelbarer Nähe von J1652 handelt. Angesichts der Tatsache, dass die gesamte abgebildete Region 85.000 Lichtjahre umfasst, stellt dies eine sehr hohe Konzentration von Galaxien dar. (Zum Vergleich: Die Milchstraße hat einen Durchmesser von mehr als 100.000 Lichtjahren, obwohl sie viel größer ist als diese frühen Galaxien.)

Neben der Bestätigung von Entfernungen ermöglichten Webbs Daten den Forschern, ionisierte Sauerstoffatome zu verfolgen, die bei einer geeigneten Wellenlänge emittiert werden. Die in diesen Daten sichtbaren Rot- und Blauverschiebungen zeigen, dass der Quasar Material ungefähr zur Erde und in die entgegengesetzte Richtung speit, was mit den beiden Jets übereinstimmt, die sich oft aus Schwarzen Löchern bilden. Die große Menge an ausgestoßenem Material stimmt auch mit der Idee überein, dass die Quasarbildung der Sternentstehung ein Ende setzen könnte, indem sie das Rohmaterial wegsprengt.

Aber die Forscher scheinen sich mehr für die extrem hohe Dichte von Galaxien in der allgemeinen Region zu interessieren. Basierend auf der Menge an vorhandener Materie extrapolierten die Forscher die Menge an Dunkler Materie und kamen zu dem Schluss, dass dies ein Bereich des Universums ist, der so dicht ist, wie wir es uns bisher vorgestellt haben, was ihrer Meinung nach das Produkt der Fusion zweier unterschiedlicher Materie ist . Auren;

arXiv-Datei. Abstractnummer: 2210.10074 (Über arXiv). Zur Veröffentlichung in Astrophysical Journal Letters.