Как вид, мы пришли к осознанию того, что являемся ничтожной частью огромной Вселенной, определяемой сверхскоплениями галактик и крупномасштабной структурой Вселенной. Движимые здоровым интеллектуальным любопытством, мы изучаем окружающее и сталкиваемся с вопросом, заданным Природой: как все произошло таким образом?
У нас есть только дополнительные ответы на этот огромный, почти бесконечно многогранный вопрос. И дополнительные ответы находят наши более совершенные инструменты, в том числе космические телескопы, которые с течением времени становятся все лучше и мощнее.
Войдите в космический телескоп Джеймса Уэбба.
Одной из причин, по которой НАСА и их партнеры построили и запустили космический телескоп Джеймса Уэбба, является изучение истории формирования галактик и понимание того, как они превратились в то, что мы видим сегодня. Это предполагает наблюдение галактик, скоплений галактик, сверхскоплений галактик и сложной сети слоев, пустот и нитей, составляющих крупномасштабную структуру Вселенной. Это также предполагает наблюдение за протоскоплениями, ранней стадией скопления галактик. Они подобны строительным блокам космической паутины, которые разрушаются и сливаются, образуя кластеры и сверхскопления.
Протокластер Паутина — древний и хорошо изученный объект ранней Вселенной. Более 100 отдельных галактик образуют скопление с красным смещением z = 2,16, а это означает, что свету потребовалось более 10 миллиардов лет, чтобы достичь нас.
«Мы наблюдаем строительство одной из крупнейших структур во Вселенной, города строящихся галактик».
Хосе М. Перес-Мартинес, Институт астрофизики Канарских островов
Протокластеры являются одним из ключей к пониманию Вселенной, и в двух новых статьях исследователи представляют результаты наблюдений JWST за протокластером Паутины. Среди прочего, результаты показывают, что гравитация не играет такой большой роли, как мысль, в формировании скопления.
Трудность наблюдения за Паутиной состоит в том, что она скрыта изрядным количеством космической пыли. Пыль блокирует видимый свет, но пропускает инфракрасный свет. Поскольку JWST — чрезвычайно мощный инфракрасный телескоп, его взгляд открывает вещи, ранее скрытые от астрономов.
«Мы наблюдаем строительство одной из крупнейших структур во Вселенной, строящегося города галактик», — объяснил Хосе М. Перес-Мартинес из Канарского института астрофизики и Университета Ла-Лагуна в Испании. «Мы знаем, что большинство галактик в локальных скоплениях галактик (крупнейших мегаполисах Вселенной) старые и не очень активные, тогда как в этой работе мы наблюдаем за этими объектами в период их юности. По мере роста строящегося города их физические свойства также будут затронуты. Теперь Уэбб впервые дает нам новое представление о создании таких структур».
JWST может наблюдать газообразный водород более тщательно, чем другие телескопы. Астрономы часто наблюдают выбросы альфа-водорода (h-альфа), чтобы исследовать галактики. Эмиссия h-альфа — это особый тип света, излучаемый при переходе электронов между энергетическими уровнями. Однако существует другой тип инфракрасного излучения водорода, называемый бета-эмиссией Пашена (Па-бета), который может наблюдать JWST. Он испускается различными электронными переходами в водороде и является ценным индикатором скорости звездообразования (SFR) в галактиках. Хотя JWST не предназначен специально для выделения этих излучений, он может наблюдать инфракрасные волны, включающие линию Ра-бета.
Две новые статьи, основанные на наблюдениях JWST:
Эти наблюдения выявили наличие в протокластере новых, ранее не обнаруженных галактик, скрытых пылью.
«Как и ожидалось, мы обнаружили новых членов скопления галактик, но были удивлены, обнаружив больше, чем ожидали», — объяснил Ритм Симакава из Университета Васэда в Японии. «Мы обнаружили, что ранее известные члены галактики (похожие на типичные звездообразующие галактики, такие как наша галактика Млечный Путь) не настолько затемнены или заполнены пылью, как ожидалось ранее, что также стало неожиданностью».
Характеристики пыли показывают, что гравитационные взаимодействия не играют такой большой роли, как мысль. Если бы слияния происходили под действием гравитации, производство пыли было бы выше, поскольку слияния вызывают быстрый рост SFR. Однако эти наблюдения показывают, что пыль образуется плавно, а не резко.
«Это можно объяснить тем фактом, что рост этих типичных галактик не вызван в первую очередь взаимодействиями или слияниями галактик, которые вызывают звездообразование», — добавил Хельмут Даннербауэр из Института астрофизики Канарских островов в Испании. «Теперь мы полагаем, что это можно объяснить звездообразованием, которое подпитывается газом, накапливающимся в разных местах по всей крупномасштабной структуре объекта».
«Эти результаты подтверждают сценарий, согласно которому производство пыли в основной популяции галактик этого протокластера обусловлено вековой деятельностью по звездообразованию, подпитываемой плавной аккрецией газа по всей ее крупномасштабной структуре», — пишут авторы в первой статье. «Это преуменьшает роль гравитационных взаимодействий в ускорении звездообразования и производства пыли в протокластере Паутина, в отличие от наблюдений в более высоком красном смещении и менее развитых ядрах протокластера».
«Мы не обнаружили корреляции между запыленностью нашей выборки НАЭ и их распределением в фазовом пространстве (спектроскопический образец) или в зависимости от проецируемого кластерцентрического радиуса или локальной плотности», — объясняют авторы первой статьи. Если бы за образованием звезд и пыли стояли гравитационные слияния, они были бы комковатыми.
Первоначальная цель второго документа заключалась в проведении глубокого исследования источников па-бета-эмиттеров (PBE). В камере NIRCam использовался уникальный узкополосный фильтр, менее чувствительный к затуханию пыли. В итоге они обнаружили новых кандидатов в члены Протокластера Паутины. Интересно, не все ч? излучатели также являются излучателями Па-бета.
Исследователи сузили круг источников Па-бета до 41 источника. Только 17 из них также подтверждены как h? излучатели. «Остальные 24 объекта считаются неподтвержденными кандидатами, связанными с протокластером Паутина», — пишут авторы. «Эти кандидаты на PBE по-прежнему подвергаются риску со стороны передних или фоновых излучателей, отличных от PBE; поэтому необходимы дальнейшие последующие исследования, чтобы установить, что они являются членами протокластера».
Найти больше членов протокластера Паутины и обнаружить, что гравитация не так важна, как мысль, — это только начало. Это постепенные ответы на нашем пути к пониманию того, как Вселенная превратилась в то, что мы видим сегодня. Наука — это путешествие, и, как это часто бывает в этом путешествии, следующим шагом станут дополнительные наблюдения.
«Последующие подтверждения и характеристики кандидатов в PBE обеспечат лучшее понимание общей скорости звездообразования в протокластере Паутина, зависимости формирования галактик от окружающей среды и процесса перехода от протокластера к настоящему скоплению галактик», пишут в заключении авторы второй статьи.
Исследователи намерены продолжить эту работу с помощью дополнительных спектроскопических наблюдений с помощью JWST. Эти наблюдения должны дать дополнительное подтверждение появлению новых членов Паутины.
