Ученые обнаружили самые старые звездные скопления во Вселенной

Астрономы использовали телескоп Джеймса Уэбба (JWST) для идентификации самых далеких из когда-либо обнаруженных шаровых скоплений — плотных групп из миллионов звезд, которые могут быть реликвиями, содержащими первые и самые старые звезды во Вселенной.

Ранний анализ первого изображения глубокого поля Уэбба, на котором изображены некоторые из самых ранних галактик во Вселенной, был опубликован 29 сентября в The Astrophysical Journal Letters.

«JWST был создан, чтобы найти первые звезды и первые галактики, а также помочь нам понять происхождение сложности во Вселенной, такой как химические элементы и строительные блоки жизни», — говорит Ламия Маула, исследователь с докторской степенью в Институт астрономии и астрофизики Данлэпа и соавтор исследования, проведенного канадской командой NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS).

«Это открытие в Первом глубоком поле Уэбба уже дает подробный взгляд на самую раннюю фазу звездообразования, подтверждая невероятную мощь JWST».

На детальном изображении первого глубокого поля Уэбба исследователи сосредоточились на том, что они назвали «галактикой Спарклер», которая находится на расстоянии девяти миллиардов световых лет.

Эта галактика получила свое название из-за окружающих ее компактных объектов в виде маленьких желто-красных точек, которые исследователи называют «блестками».

Команда предположила, что эти искры могут быть либо молодыми скоплениями, активно формирующими звезды, родившимися через три миллиарда лет после Большого взрыва на пике звездообразования, либо старыми шаровыми скоплениями.

Шаровые скопления — это древние коллекции звезд из младенчества галактики, содержащие подсказки о самых ранних фазах ее формирования и роста.

Из своего первоначального анализа 12 таких компактных объектов исследователи определили, что пять из них являются не только шаровыми скоплениями, но и одними из самых старых известных скоплений.

«Просмотр первых изображений с JWST и обнаружение старых шаровых скоплений вокруг далеких галактик было невероятным моментом, который был невозможен с предыдущими изображениями, полученными космическим телескопом Хаббла», — говорит Картейк Г. Айер, научный сотрудник Института Данлэпа. по астрономии и астрофизике и соавтор исследования.

«Поскольку мы могли наблюдать искры в диапазоне длин волн, мы могли смоделировать их и лучше понять их физические свойства — например, сколько им лет и сколько звезд они содержат.

Мы надеемся, что знание того, что шаровые скопления можно наблюдать с таких больших расстояний с помощью JWST, будет стимулировать дальнейшие исследования и поиски подобных объектов».

Известно, что в галактике Млечный Путь насчитывается около 150 шаровых скоплений, но как и когда именно образовались эти плотные скопления звезд, до конца не изучено.

Астрономы знают, что шаровые скопления могут быть очень старыми, но измерить их возраст невероятно сложно.

Использование очень далеких шаровых скоплений для определения возраста первых звезд в далеких галактиках ранее не использовалось и возможно только с помощью JWST.

«Эти недавно идентифицированные скопления были сформированы почти в то время, когда впервые стало возможным образование звезд», — говорит Маула.

«Поскольку галактика Спарклер находится намного дальше, чем наш Млечный Путь, легче определить возраст ее шаровых скоплений.

Мы наблюдаем за Спарклером, каким он был девять миллиардов лет назад, когда Вселенной было всего четыре с половиной миллиарда лет, наблюдая за чем-то, что произошло давным-давно.

Думайте об этом, как о том, чтобы угадать возраст человека по его внешности — легко отличить 5-летнего и 10-летнего, но трудно отличить 50-летнего от 55-летнего».

До сих пор астрономам не удавалось увидеть окружающие компактные объекты галактики Спарклер с помощью космического телескопа Хаббла. Это изменилось с повышенным разрешением и чувствительностью JWST, впервые раскрывая крошечные точки, окружающие галактику, на изображении Уэбба First Deep Field.

Галактика Спарклер особенная, потому что она увеличена в 100 раз из-за эффекта, называемого гравитационным линзированием, когда скопление галактик SMACS 0723 на переднем плане искажает то, что находится позади него, подобно гигантскому увеличительному стеклу.

Более того, гравитационное линзирование дает три отдельных изображения Спарклера, что позволяет астрономам более подробно изучать галактику.

«Наше исследование Sparkler подчеркивает огромную мощь в сочетании уникальных возможностей JWST с естественным увеличением, обеспечиваемым гравитационным линзированием», — говорит руководитель группы CANUCS Крис Уиллотт из Исследовательского центра астрономии и астрофизики Герцберга Национального исследовательского совета.

«Команда взволнована новыми открытиями, когда JWST обратит внимание на скопления галактик CANUCS в следующем месяце».

Исследователи объединили новые данные с камеры ближнего инфракрасного диапазона JWST (NIRCam) с архивными данными телескопа Hubble Scape. NIRCam обнаруживает слабые объекты, используя более длинные и красные волны, чтобы наблюдать за тем, что видно человеческому глазу и даже космическому телескопу Хаббла.

И увеличение из-за линзирования скоплением галактик, и высокое разрешение JWST сделали возможным наблюдение компактных объектов.

Канадский прибор для формирования изображений и безщелевого спектрографа в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRISS) на JWST предоставил независимое подтверждение того, что объекты являются старыми шаровыми скоплениями, поскольку исследователи не наблюдали эмиссионные линии кислорода — эмиссии с измеримым спектром, испускаемые молодыми скоплениями, которые активно образующие звезды.

NIRISS также помог разгадать геометрию трехлинзовых изображений Спарклера.

«Сделанный в Канаде инструмент JWST NIRISS сыграл жизненно важную роль в том, чтобы помочь нам понять, как связаны три изображения Спарклера и его шаровых скоплений», — говорит Марчин Савицки, профессор Saint. Марии, который является канадским научным руководителем астрономии и соавтором исследования.

«Увидев несколько шаровых скоплений Спарклера, сфотографированных три раза, стало ясно, что они вращаются вокруг галактики Спарклер, а не просто случайно оказались перед ней».

Автор Джосслин Джонстон.