Galaxy Cluster MacS-J0417.5-1154 sangat masif sehingga melengkungkan jalinan ruang-waktu dan mendistorsi penampilan galaksi di belakangnya, efek yang dikenal sebagai lensing gravitasi. Fenomena alam ini memperbesar galaksi yang jauh dan juga dapat membuatnya muncul dalam sebuah gambar beberapa kali, seperti yang dilihat oleh Teleskop Luar Angkasa James Webb NASA di sini. Dua galaksi yang berinteraksi jauh-spiral tatap muka dan galaksi merah berdebu yang terlihat dari samping-muncul beberapa kali, menelusuri bentuk yang akrab di langit. Formasi bintang aktif, dan bentuk spiral galaksi yang sangat utuh, menunjukkan bahwa interaksi galaksi ini baru saja dimulai. (Kredit: NASA, ESA, CSA, STSCI, V. Estrada-Carpenter, Universitas Saint Mary.)
Pendeknya
- Penyelarasan kosmik yang langka telah memberi para astronom pandangan yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang dua galaksi dari 7 miliar tahun yang lalu, ketika alam semesta berada pada puncak pembentukan bintangnya. Penemuan ini menunjukkan kepada kita seperti apa galaksi Bima Sakti kita sendiri yang mungkin terjadi di masa “remaja”.
- Teleskop luar angkasa James Webb mengungkapkan galaksi merah berdebu yang sebelumnya tersembunyi yang tidak bisa dilihat oleh teleskop ruang angkasa Hubble, membentuk bagian dari apa yang oleh para astronom disebut sebagai “pasangan tanda tanya.” Ini adalah satu dari hanya tiga atau empat contoh yang diketahui dari jenis lensa gravitasi di alam semesta yang dapat diamati.
- Menggunakan teknik analisis baru yang revolusioner, para ilmuwan memetakan 20 daerah pembentuk bintang yang berbeda di seluruh galaksi: 7 menunjukkan semburan pembentukan bintang yang intens, 10 kehabisan bahan bakar dan dimatikan, dan 3 mempertahankan laju pembentukan bintang yang stabil. Ini memberi kita wawasan baru tentang bagaimana galaksi tumbuh dan berkembang seiring waktu.
Halifax, Nova Scotia – Ketika James Webb Space Telescope (JWST) mengintip ke dalam cluster Galaxy yang jauh, ia menemukan sesuatu yang telah dilewatkan oleh teleskop sebelumnya: tanda tanya ditulis di Starlight. Penyelarasan kosmik yang langka ini, menampilkan dua galaksi yang terperangkap dalam tarian gravitasi, membuka jendela menjadi salah satu periode terpenting dari sejarah alam semesta ketika pembentukan bintang baru mulai melambat dari puncaknya.
Dalam penelitian yang diterbitkan di Pemberitahuan Bulanan Masyarakat Astronomi Kerajaantim ilmuwan internasional menemukan bahwa galaksi -galaksi ini, yang dikenal sebagai “pasangan tanda tanya,” mewakili satu dari hanya tiga atau empat contoh yang diketahui dari jenis mereka di alam semesta yang dapat diamati. Galaksi yang lebih besar muncul sebagai spiral tatap muka yang indah yang dihiasi dengan gumpalan formasi bintang yang cemerlang, sementara temannya, galaksi merah yang berdebu dan merah menyala merah, hanya diungkapkan oleh penglihatan inframerah superior JWST. Pengamatan sebelumnya oleh Hubble Space Telescope melewatkan galaksi berdebu ini sepenuhnya, karena cahayanya terperangkap oleh debu kosmik yang dapat dilalui oleh instrumen inframerah JWST.
Penyelarasan langka ini terjadi di dalam Galaxy Cluster MacS-J0417.5-1154, yang bertindak seperti kaca pembesar raksasa di ruang angkasa. Massal cluster yang luar biasa melengkungkan jalinan ruang-waktu itu sendiri, menciptakan apa yang oleh para astronom disebut lensing gravitasi. Efek ini tidak hanya memperbesar galaksi yang jauh tetapi juga mendistorsi mereka, membuat banyak gambar yang tampak dioleskan melintasi langit di busur. Penyelarasan khusus di sini menghasilkan apa yang oleh para ilmuwan disebut lensa gravitasi umbilikik hiperbolik, menghasilkan lima gambar terpisah dari pasangan galaksi yang tersebar di bidang pandang JWST.
Kemampuan untuk mengamati pasangan galaksi ini dengan detail tersebut merupakan lompatan besar ke depan dalam kemampuan astronomi. Sementara Hubble telah mempelajari galaksi yang jauh selama beberapa dekade, cermin JWST yang lebih besar dan instrumen inframerah khusus memungkinkannya untuk mendeteksi cahaya yang telah diregangkan dan memerah oleh perluasan alam semesta. Hal ini membuat JWST sangat mahir dalam mempelajari galaksi dari periode penting dalam sejarah kosmik ini ketika alam semesta mengalami puncak pembentukan bintangnya.
Para ilmuwan yang dipimpin oleh Vicente Estrada-Carpenter dari Saint Mary's University di Kanada menggunakan JWST's Near Infrared Imager dan Slitless Spectrograph (NIRISS) untuk mempelajari galaksi ini dengan detail yang sangat indah.
“Mengetahui kapan, di mana, dan bagaimana pembentukan bintang terjadi di dalam galaksi sangat penting untuk memahami bagaimana galaksi telah berevolusi dalam sejarah alam semesta,” kata Estrada-Carpenter, dalam sebuah pernyataan.
Tim peneliti mengembangkan teknik baru yang revolusioner untuk menganalisis data JWST. Daripada memperlakukan setiap galaksi sebagai entitas yang seragam, mereka membaginya menjadi ratusan daerah kecil berdasarkan warna dan kecerahan. Ini memungkinkan mereka untuk mempelajari bagaimana populasi bintang, kelompok bintang dari berbagai usia dan jenis, bervariasi di berbagai bagian dari setiap galaksi. Hasilnya adalah peta paling rinci yang pernah dibuat dari pembentukan bintang di galaksi pada jarak ini.
Dengan mengukur dua jenis cahaya yang berbeda, Hidrogen-Alpha Emisi dari bintang yang sangat muda dan cahaya ultraviolet yang bertahan lebih lama, tim dapat menentukan sejarah pembentukan bintang di berbagai daerah galaksi. Emisi hidrogen-alpha berasal dari bintang besar dan panas yang hidup hanya sekitar 10 juta tahun, sementara cahaya ultraviolet terus bersinar sekitar 100 juta tahun setelah bintang terbentuk. Perbedaan dalam rentang waktu ini memungkinkan para astronom untuk melacak bagaimana tingkat pembentukan bintang berubah seiring waktu.
“Kedua galaksi dalam pasangan tanda tanya menunjukkan pembentukan bintang aktif di beberapa daerah kompak, kemungkinan akibat gas dari dua galaksi bertabrakan,” kata Estrada-Carpenter. “Namun, tidak ada bentuk Galaxy yang tampak terlalu terganggu, jadi kita mungkin melihat awal interaksi mereka satu sama lain.”
Dalam galaksi tatap muka, para peneliti mengidentifikasi 20 rumpun pembentuk bintang yang berbeda. Tujuh dari wilayah ini menunjukkan tanda -tanda ledakan pembentukan bintang yang intens, sementara 10 sedang menjalani proses yang disebut pendinginansecara bertahap mematikan pembibitan bintang mereka karena mereka kehabisan pasokan gas yang dibutuhkan untuk membentuk bintang baru. Tiga sisanya mempertahankan kondisi pembentukan bintang yang stabil.
Variasi dalam tingkat pembentukan bintang ini memberikan petunjuk penting tentang bagaimana galaksi berkembang. Ketika galaksi berinteraksi, kekuatan gravitasi timbal balik mereka dapat memicu gelombang baru pembentukan bintang dengan mengompresi awan gas. Namun, kekuatan yang sama ini juga dapat mengganggu pembibitan bintang yang ada atau menghapus gas yang dibutuhkan untuk membentuk bintang baru. Pasangan tanda tanya menunjukkan kedua efek dalam aksi, sementara beberapa daerah mengalami pembentukan bintang yang ditingkatkan, yang lain menunjukkan tanda -tanda penurunan.
“Galaksi -galaksi ini, terlihat miliaran tahun yang lalu ketika pembentukan bintang berada pada puncaknya, mirip dengan massa yang akan dilakukan oleh Galaksi Bima Sakti pada waktu itu. Webb memungkinkan kita untuk mempelajari seperti apa tahun -tahun remaja dari galaksi kita sendiri, ”kata peneliti utama Marcin Sawicki dari Saint Mary's University.
NASA, ESA, CSA, STSCI, V. Estrada-Carpenter, Universitas Saint Mary.)
Teknik analisis inovatif tim peneliti juga mengungkapkan bahwa tingkat pembentukan bintang di wilayah luar Galaksi tatap muka telah turun hampir faktor lima, sementara teman berdebu menunjukkan tanda-tanda peningkatan aktivitas. Kontras ini menyoroti bagaimana interaksi galaksi dapat menghasilkan efek yang berbeda di lingkungan yang berbeda, berkontribusi pada keragaman galaksi yang kompleks yang kita amati saat ini.
Pengamatan ini menandai awal dari kontribusi JWST untuk pemahaman kita tentang evolusi galaksi. Sensitivitas dan resolusi teleskop yang belum pernah terjadi sebelumnya, dikombinasikan dengan teknik analisis inovatif, memungkinkan para astronom untuk mempelajari proses terperinci pembentukan bintang di seluruh waktu dan ruang kosmik dengan kejelasan yang belum pernah dicapai sebelumnya. Pengamatan masa depan dari pasangan galaksi yang sama akan membantu membangun gambaran yang lebih lengkap tentang bagaimana galaksi seperti Bima Sakti kita tumbuh dan berevolusi sepanjang sejarah kosmik.
Ringkasan Kertas
Metodologi
Para peneliti menggunakan instrumen NIRISS JWST untuk menangkap data spektroskopi terperinci dari Galaxy Pair. Mereka mengembangkan pendekatan pemodelan multi-wilayah baru yang membagi setiap galaksi menjadi ratusan segmen kecil berdasarkan warna dan kecerahan. Ini memungkinkan mereka untuk menganalisis populasi bintang dan tingkat pembentukan bintang di setiap segmen secara independen, daripada memperlakukan setiap galaksi sebagai objek seragam tunggal. Mereka secara khusus mengukur emisi hidrogen-alfa (menunjukkan pembentukan bintang yang sangat baru) dan sinar ultraviolet (menunjukkan pembentukan bintang jangka panjang) di kedua galaksi.
Hasil
Studi ini menemukan bahwa galaksi tatap muka mengalami penurunan keseluruhan dalam pembentukan bintang, dengan tingkat turun dengan faktor 4,7 di daerah luarnya. Dari 20 gumpalan pembentuk bintang yang diidentifikasi, 7 menunjukkan semburan aktif pembentukan bintang, 10 pendinginan, dan 3 tingkat pembentukan tetap yang tetap. Galaksi tepi-on menunjukkan tanda-tanda peningkatan pembentukan bintang, menunjukkan bahwa ia mungkin mengalami fase starburst yang dipicu oleh interaksi dengan temannya.
Batasan
Para peneliti mencatat bahwa pengaburan debu di galaksi tepi mungkin telah mempengaruhi kemampuan mereka untuk mendeteksi semua aktivitas pembentukan bintang di galaksi itu. Selain itu, mereka tidak dapat sepenuhnya memperhitungkan kemungkinan kontribusi untuk emisi hidrogen-alpha dari inti galaksi aktif atau gelombang kejut, karena mereka tidak memiliki data yang diperlukan untuk membedakan sumber-sumber ini dari pembentukan bintang.
Diskusi dan takeaways
Karya ini menunjukkan kekuatan JWST untuk mempelajari galaksi yang jauh dan pentingnya mempertimbangkan variasi spasial dalam populasi bintang ketika menganalisis evolusi galaksi. Temuan menunjukkan bahwa interaksi galaksi secara bersamaan dapat memicu dan menekan pembentukan bintang di berbagai daerah, berkontribusi pada pemahaman kita tentang bagaimana galaksi berkembang melalui waktu kosmik.
Pendanaan dan pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh hibah dari Badan Antariksa Kanada dan Dewan Penelitian Ilmu Pengetahuan Alam dan Teknik Kanada, di antara sumber -sumber lainnya. Tim menggunakan beberapa fasilitas komputasi termasuk Texas A&M University Brazos HPC Cluster.
Informasi publikasi
Studi ini diterbitkan di Pemberitahuan Bulanan Masyarakat Astronomi Kerajaan (MNRAS 532, 577-591) Pada tahun 2024, dengan judul “When, Where, dan bagaimana pembentukan bintang terjadi pada pasangan galaksi di Cosmic Noon menggunakan Canucs JWST/Niriss Grism Spectroscopy.”
