5 Minute
Astronomii de la Universitatea din Missouri au analizat imagini în infraroșu de la Telescopul Spațial James Webb (JWST) și au semnalat aproximativ 300 de obiecte deosebit de luminoase care ar putea fi galaxii din primele câteva sute de milioane de ani ale Universului. Folosind imagini NIRCam și MIRI, combinate cu selecția prin dropout și potrivirea distribuției de energie spectrală (SED), echipa raportează candidați care — dacă sunt confirmați — ar putea impune revizuiri ale modelelor standard de formare și creștere a galaxiilor timpurii.
Tehnici de detecție: cum au fost selectați candidații
Descoperirea a început cu Camera în Near-Infraroșu (NIRCam) și Instrumentul în Mid-Infraroșu (MIRI) ale JWST, optimizate pentru a capta lumina întinsă din Universul îndepărtat. Lumina provenită de la galaxii formate la scurt timp după Big Bang este deplasată spre roșu în domeniul infraroșu: cu cât deplasarea către roșu (redshift) este mai mare, cu atât epoca este mai timpurie și lungimea de undă observată este mai mare. Echipa de la Universitatea din Missouri a exploatat acest efect pentru a căuta surse care apar luminoase în benzile mai roșii ale JWST, dar scad sau dispar la lungimi de undă mai albastre.
Acest semn observațional este de obicei izolat prin tehnica 'dropout': obiectele care 'dispar' din filtrele mai albastre sunt candidați pentru surse cu redshift mare deoarece hidrogenul neutru absoarbe fotonii ultraviolet cu lungimi de undă mai scurte decât limita Lyman. Echipa a aplicat tăieturi de culoare și magnitudine adaptate pentru filtrele JWST pentru a genera un catalog de dropouts neobișnuit de luminoase.
Verificarea candidaților: potrivirea SED și rolul spectroscopiei
După selecția inițială, autorii au folosit potrivirea distribuției de energie spectrală (SED) pentru a estima redshiftele fotometrice, masele stelare și vârstele. Potrivirea SED compară fluxurile observate în benzi largi cu șabloane de galaxii din modele pentru a deduce redshiftele probabile atunci când spectroscopia nu este disponibilă. Deși puternice, metodele fotometrice au degenerescențe: praful, liniile de emisie puternice sau interlopii de la redshift mai mic pot imita un SED de redshift înalt.
Spectroscopia rămâne standardul de aur. Prin dispersarea luminii pe lungimi de undă, spectroscopia dezvăluie linii de emisie și absorbție care oferă redshiftele precise și diagnostice fizice precum metalicitatea, starea de ionizare și cinematica gazului. Echipa raportează că unul dintre candidații lor luminoși are deja confirmare spectroscopică ca galaxie timpurie, dar subliniază că sunt necesare multiple confirmări spectroscopice pentru a evalua dacă întreaga populație aparține cu adevărat Universului cu redshift foarte mare.
Context științific și implicații
Dacă o fracțiune substanțială din aceste ~300 de surse luminoase este confirmată la redshiftele corespunzătoare primelor câteva sute de milioane de ani, așteptările teoretice actuale ar putea necesita actualizări. Modelele standard de formare a galaxiilor prevăd o anumită abundență și o distribuție a luminozității pentru galaxiile timpurii; o populație mai numeroasă decât se aștepta de sisteme extrem de luminoase ar forța modelele să țină cont de formare stelară mai rapidă, de asamblare a masei mai rapidă sau de proprietăți diferite ale feedback-ului și prafului în primele generații de galaxii.
Membrii principali ai echipei observă că chiar și câteva confirmări solide de redshift înalt ar putea forța revizuiri ale simulărilor Universului timpuriu. Urmăriri atente cu spectroscopie JWST și observații complementare de la sol vor fi esențiale pentru a distinge adevăratele galaxii de 'first light' de contaminanții de redshift mai mic.
Misiunea și observații viitoare
Telescopul Spațial James Webb continuă să transforme cosmologia observațională printr-o sensibilitate în infraroșu fără precedent. Imagistica profundă NIRCam și campanii spectroscopice țintite cu spectrografele NIRSpec și MIRI ale JWST vor permite astronomilor să măsoare redshiftele și proprietățile fizice fiabile ale acestor candidați. Urmările planificate vor prioritiza probabil cele mai luminoase și cele mai accesibile obiecte pentru confirmare spectroscopică.
Perspective de la experți
Dr. Elena Marquez, o astrofiziciană ficțională specializată în sondaje la redshift înalt, comentează: "Descoperirea a sute de dropouts foarte luminoase în imaginile JWST a fost neașteptată. Selecțiile fotometrice sunt excelente pentru construirea listelor de candidați, dar confirmarea spectroscopică va determina dacă vedem o populație nouă de galaxii timpurii care se asamblează rapid sau sisteme neobișnuite de redshift mai mic. Oricare ar fi rezultatul, vom învăța ceva important despre evoluția galaxiilor și biaisurile observaționale."
Concluzie
Catalogul echipei de la Universitatea din Missouri cu ~300 de dropouts JWST neobișnuit de luminoase evidențiază atât puterea, cât și incertitudinile actuale ale sondajelor profunde în infraroșu. Selecția fotometrică și potrivirea SED au produs un set convingător de candidați de redshift înalt; spectroscopia va furniza redshiftele definitive și diagnosticele fizice. Dacă un număr semnificativ dintre aceste surse vor fi confirmate ca adevărate galaxii timpurii, teoreticienii vor trebui să revizuiască modelele de formare stelară și asamblare a masei în epocile formative ale Universului. Rezultatele sunt raportate în lucrarea "On the very bright dropouts selected using the James Webb Space Telescope NIRCam instrument," publicată în The Astrophysical Journal.
Sursa: sciencedaily
Comentarii