Цветное композитное изображение PEARLSDG, полученное с использованием данных JWST NIRCAM. Отдельные звезды видны на изображении как маленькие точки света. Его несколько тусклый цвет и отсутствие множества ярких звезд соответствуют его старости и отсутствию продолжающегося звездообразования. Авторы и права: НАСА, ЕКА, CSA, Джейк Саммерс (АГУ), Джордан С.Дж. Д'Сильва (АГУ), Антон М. Кукемоер (STScI), Аарон Роботэм (АГУ) и Рогир Виндхорст (АГУ).
Команда астрономов под руководством помощника научного сотрудника Университета штата Аризона Тима Карлтона обнаружила карликовую галактику, которая появилась на изображениях космического телескопа Джеймса Уэбба и не была основной целью наблюдения.
Галактики связаны гравитацией и состоят из звезд и планет с огромными облаками пыли и газа, а также темной материи. Карликовые галактики — самые многочисленные галактики во Вселенной, они по определению малы и имеют низкую светимость. В них менее 100 миллионов звезд, тогда как в Млечном Пути, например, почти 200 миллиардов звезд.
Недавние наблюдения карликовых галактик за обилием «ультрадиффузных галактик», недоступных предыдущим крупным спектроскопическим исследованиям, позволяют предположить, что наше понимание популяции карликовых галактик может быть неполным.
В недавно опубликованном исследовании Карлтон и его команда первоначально изучали скопление галактик в рамках проекта JWST Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS).
Карликовая галактика PEARLSDG случайно появилась на некоторых изображениях команды JWST. Это была вовсе не цель — всего лишь немного в стороне от основного поля наблюдения, в той области космоса, где они не ожидали ничего увидеть.
Их результаты были опубликованы в Astrophysical Journal Letters.
PEARLSDG не обладала обычными характеристиками карликовой галактики, которую можно было бы ожидать увидеть. Она не взаимодействует с соседней галактикой, но и не образует новых звезд. Как оказалось, это интересный случай изолированной спокойной галактики.
«Эти типы изолированных покоящихся карликовых галактик раньше никогда не наблюдались, за исключением относительно небольшого числа случаев. Их существование на самом деле не ожидается, учитывая наше нынешнее понимание эволюции галактик, поэтому тот факт, что мы видим этот объект, помогает нам улучшить наши теории относительно формирование галактик», — сказал Карлтон. «Как правило, карликовые галактики, которые существуют сами по себе, продолжают формировать новые звезды».
До сих пор понимание астрономами эволюции галактик показывало изолированную галактику, которая продолжала формировать молодые звезды или взаимодействовать с более массивной галактикой-компаньоном. Эта теория не применима к PEARLSDG, которая представляет собой старое звездное население, не образующее новых звезд и держащееся обособленно.
Еще одним сюрпризом является то, что на изображениях команды JWST можно наблюдать отдельные звезды. Эти звезды ярче в длинах волн JWST; это одна из самых дальних галактик, где мы можем увидеть звезды с таким уровнем детализации. Яркость этих звезд позволяет астрономам измерить расстояние до них — 98 миллионов световых лет.
Вверху: JWST галактики PEARLSDG (синий = F090W + F150W, зеленый = F200W + 0,5 × F277W, красный = 0,5 × F277W+F356W+F444W). Внизу: изображение неба DECALS grz, окружающего PEARLSDG. Оба изображения выровнены таким образом, что север находится вверху, а восток слева. PEARLSDG обозначен голубым прямоугольником, а зеленые квадраты показывают область, покрытую изображением NIRCam. Также показаны две ближайшие (в проекции) массивные галактики (обозначены красными кружками). Фото: The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI: 10.3847/2041-8213/ad1b56
Для этого исследования Карлтон, который является младшим научным сотрудником Центра космических основ Беуса Школы исследования Земли и космоса при АГУ, и его команда использовали широкий спектр данных.
Сюда входят данные изображений, полученные с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRCam); спектроскопические данные оптического спектрографа ДеВени на телескопе Лоуэлл Дискавери во Флагстаффе, штат Аризона; архивные изображения, полученные с космических телескопов НАСА «Галекс» и «Спитцер»; а также наземные изображения, полученные в результате Слоановского цифрового обзора неба и исследования наследия камеры темной энергии.
Камера NIRCam компании JWST имеет очень высокое угловое разрешение и чувствительность, что позволяет команде идентифицировать отдельные звезды в этой далекой галактике. Подобно тому, как отдельные клетки попадают в фокус под микроскопом, эти наблюдения позволили четко сфокусироваться на компонентах PEARLSDG.
Важно отметить, что идентификация конкретных звезд на изображении предоставила ключ к разгадке расстояния до них: эти звезды имеют определенную внутреннюю яркость, поэтому, измерив их видимую яркость с помощью JWST, команда смогла определить, насколько далеко они находятся. Оказывается, эти звезды были одними из самых далеких звезд своего типа, которые можно было наблюдать.
Все архивные данные изображений, полученные в ультрафиолетовом, оптическом и инфракрасном диапазонах волн, были собраны вместе для изучения цвета PEARLSDG. Новообразованные звезды имеют особую цветовую подпись, поэтому отсутствие такой подписи было использовано, чтобы показать, что PEARLSDG не формирует новые звезды.
Спектрограф ДеВени на телескопе Лоуэлл Дискавери разделяет легкие астрономические объекты на отдельные компоненты, что позволяет астрономам детально изучать их свойства. Например, определенный сдвиг длины волны, наблюдаемый в спектральных данных, кодирует информацию о движении PEARLSDG, используя тот же эффект Доплера, который радары используют для измерения скорости водителей на дорогах Аризоны.
Это было ключом к тому, чтобы показать, что PEARLSDG не связана ни с какой другой галактикой и действительно изолирована.
Кроме того, определенные особенности спектра чувствительны к присутствию молодых звезд, поэтому отсутствие этих особенностей еще раз подтвердило измерения отсутствия молодых звезд по данным изображений.
«Это абсолютно противоречило ожиданиям людей относительно такой карликовой галактики», — сказал Карлтон.
Это открытие меняет понимание астрономами того, как формируются и развиваются галактики. Это предполагает возможность того, что многие изолированные покоящиеся галактики ждут своей идентификации и что у JWST есть инструменты для этого.
Это исследование было представлено на январской 243 пресс-конференции AAS: «Странности в небе».
Информация от: Университетом штата Аризона.
