Телескоп Джеймс Уэбб раскрывает тайны зарождения протоскопления галактик
Впервые протоскопление из семи галактик (в скоплении Пандоры, Abell 2744) было подтверждено на большом расстоянии космическим телескопом Джеймс Уэбб. Галактики имеет красное смещение 7,88, что означает, что они существовали уже через 650 миллионов лет после Большого взрыва.
Основываясь на собранных данных, астрономы рассчитали будущее развитие зарождающегося скопления, обнаружив, что оно, вероятно, будет увеличиваться в размерах и массе, чтобы напоминать скопление Комы (Скопление Волос Вероники или Abell 1656), огромное образование современной Вселенной.
«Это очень особенное, уникальное место ускоренной эволюции галактик, и Уэбб дал нам беспрецедентную возможность измерить скорости этих семи галактик и с уверенностью подтвердить, что они связаны вместе в протоскопление», — говорят ученые.
Точные измерения, сделанные спектрографом ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec), стали ключом к подтверждению коллективного расстояния до галактик и высоких скоростей, с которыми они движутся в ореоле темной материи — около 1 100 километров в секунду.
Спектральные данные позволили астрономам смоделировать и нанести на карту будущее развитие собирающейся группы вплоть до нашего времени в современной Вселенной.
Предсказание о том, что протоскопление в конечном итоге будет напоминать скопление Abell 1656, означает, что в конечном итоге оно может стать одним из самых плотных известных скоплений галактик с тысячами членов.
«Мы можем видеть эти далекие галактики, как маленькие капли воды в разных реках, и мы можем видеть, что в конечном итоге все они станут частью одной большой, могучей реки», — сказала Бенедетта Вулкани из Национального института астрофизики в Италии, член исследовательской группы.
Скопления галактик представляют собой самые большие концентрации массы в известной Вселенной, которые могут сильно деформировать ткань самого пространства-времени. Это искривление, называемое гравитационным линзированием, может иметь эффект увеличения для объектов за пределами скопления, позволяя астрономам смотреть сквозь скопление, как через гигантское увеличительное стекло.
На экстремальных расстояниях астрономы используют ссылку на красное смещение, чтобы объяснить тот факт, что по мере расширения Вселенной длины волн света растягиваются и «смещаются» в сторону более красных длин волн, которые длиннее. Более короткие длины волн, например, ультрафиолетовое и рентгеновское излучение, находятся ближе к синему концу электромагнитного спектра. Таким образом, экстремальные расстояния в ранней Вселенной определяются тем, насколько сильно сместился излучаемый там свет, когда он путешествовал в пространстве, чтобы быть обнаруженным телескопом. © NASA, ESA, CSA, Takahiro Morishita (IPAC)
Исследовательская группа смогла использовать этот эффект, просматривая Скопление Пандоры, чтобы увидеть протокластер; даже мощные инструменты Уэбба нуждаются в помощи природы, чтобы видеть так далеко.
Изучение того, как большие скопления, такие как Пандора и Кома, впервые собрались вместе, было трудным из-за расширения Вселенной, растягивающего свет за пределы видимого диапазона длин волн в инфракрасный, где астрономам не хватало данных с высоким разрешением до Уэбба. Инфракрасные приборы Уэбба были разработаны специально, чтобы заполнить эти пробелы в начале истории Вселенной.
Семь галактик, подтвержденных Уэббом, были впервые установлены в качестве кандидатов для наблюдения с использованием данных программы Frontier Fields космического телескопа Хаббл.
Программа посвятила время Хаббла наблюдениям с использованием гравитационного линзирования, чтобы детально наблюдать за очень далекими галактиками. Однако, поскольку Хаббл не может обнаруживать свет за пределами ближнего инфракрасного диапазона, он может видеть лишь ограниченное количество деталей.
Уэбб продолжил исследование, сосредоточившись на галактиках, увиденных Хабблом, и собрал подробные спектроскопические данные в дополнение к первым изображениям.
Исследовательская группа ожидает, что будущее сотрудничество между Уэббом и космическим телескопом Нэнси Грейс (Nancy Grace Roman Space Telescope), даст еще больше результатов по ранним скоплениям галактик.
С 200-кратным инфракрасным полем зрения Хаббла за один снимок телескоп Nancy Grace Roman сможет идентифицировать больше кандидатов в протоскопления галактик, которые Уэбб сможет подтвердить с помощью своих спектроскопических инструментов. В настоящее время запуск миссии намечен на май 2027 года.
«Удивительно, о какой науке мы теперь можем мечтать, когда у нас есть Уэбб», — говорят астрономы. «С этим небольшим протоскоплением из семи галактик, на таком большом расстоянии, мы получили стопроцентное спектроскопическое подтверждение, демонстрирующее будущий потенциал для картирования темной материи и заполнения временной шкалы раннего развития Вселенной».
Исследование было опубликовано в Astrophysical Journal Letters.