Уэбб обнаружил очень богатую химическим составом галактику за «кольцом Эйнштейна»

Благодаря данным, полученным с помощью аппарата «Джеймс Уэбб», астрономы Корнельского университета открыли SPT0418-SE — далекую галактику, богатую химическими элементами. Ученые наблюдали на снимках «Уэбба» галактику SPT0418-47, одну из самых ярких и активных в плане звездообразования галактик с высоким содержанием пыли в ранней Вселенной.

Свет от этого объекта был изогнут и усилен гравитацией другой галактики на переднем плане в результате процесса гравитационного линзирования. Этот механизм обеспечил распределение излучения от далекой галактики по «кольцу», называемому кольцом Эйнштена, как видно на видео ниже.

По краям этого кольца, являющегося результатом искаженной гравитации, астрономы заметили яркое пятно и, проанализировав его инфракрасные данные, обнаружили, что это объект за пределами SPT0418-47. Это галактика возрастом 1,4 миллиарда лет, которая, несмотря на свой юный возраст, похоже, уже приняла несколько поколений звезд. Она была названа SPT0418-SE.

На наличие этого объекта уже указывали более ранние изображения кольца Эйнштейна, полученные с помощью Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива (ALMA) в Чили. Но их нельзя было интерпретировать как нечто большее, чем случайный шум. Сегодня, благодаря чувствительности «Джеймса Уэбба», мы знаем, что эта галактика существует и что она очень богата химически. И снова JWST находит новые места для изучения того, как формировались звезды и галактики в ранней Вселенной.

Что мы понимаем о галактике благодаря спектроскопии?

Изучая спектральные данные, встроенные в каждый пиксель изображений, полученных прибором NIRSpec, ведущий автор исследования Пенг обнаружил второй новый источник света внутри кольца. Он определил, что эти два источника представляют собой изображения отдельной галактики, свет которой был перенаправлен и умножен той же самой галактикой переднего плана, ответственной за создание кольца. В подтверждение возможностей инфракрасного зрения JWST следует отметить, что два источника, обнаруженные внутри кольца, были в 8-16 раз слабее, чем свет от кольца.

Поскольку свет от далеких небесных объектов «краснеет» в результате процесса астрономического смещения, JWST был создан специально для наблюдения в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра. Используя астрономическую спектроскопию, мы можем определить расстояние до источника, измерив, насколько его спектральные линии сместились к более длинным, т.е. более красным, длинам волн.

Анализ химического состава света от SPT0418-SE и SPT0418-47 подтвердил, что сильные эмиссионные линии атомов водорода, азота и серы имеют схожее красное смещение. Этот результат позволил оценить, что обе галактики находятся примерно на одинаковом расстоянии от Земли, рассчитанном как красное смещение 4,2.

(Случайное) открытие SPT0418-SE

Только что описанный спектроскопический метод был использован для проверки открытия компаньона SPT0418-47. Исследователи обнаружили в предыдущих наблюдениях ALMA линию эмиссии ионизированного углерода, которая близко соответствовала красным смещениям, наблюдаемым JWST.

«Это убедительное доказательство«, — сказал Амит Вишвас, научный сотрудник Корнелльского центра астрофизики и планетарных наук и соавтор исследования. «Поскольку у нас есть несколько эмиссионных линий, смещенных на точно такую же величину, нет никаких сомнений в том, что эта новая галактика находится там, где мы думаем«.

Команда оценила, что галактика-компаньон SPT0418-SE находится в пределах 5 килопарсек от кольца. Для сравнения, Магеллановы Облака, спутники Млечного Пути, находятся на расстоянии около 50 килопарсек от нашей Галактики. Эти две галактики также имеют скромную массу по сравнению с галактиками ранней Вселенной.

SPT0418-SE относительно меньше и менее запылена, чем ее компаньон, что делает ее более голубой по сравнению с остальной частью кольца. Основываясь на изображениях соседних галактик с похожим цветом, исследователи предполагают, что SPT0418-SE может находиться «в огромном ореоле темной материи с еще не открытыми соседями».

Очень металлические галактики

Самое удивительное в этих галактиках, учитывая их возраст и массу, — это их зрелая металличность. Металличность означает количество элементов тяжелее гелия и водорода, таких как углерод, кислород и азот.

Команда под руководством Пенга оценила металличность SPT0418-SE как сходную с металличностью нашего Солнца. Что удивительно, поскольку мы наблюдаем эти галактики в то время, когда возраст Вселенной был менее 1,5 миллиарда лет: они должны быть гораздо беднее тяжелыми элементами! В связи с этим Вишвас пояснил:

Мы видим остатки как минимум пары поколений звезд, которые жили и умерли в течение первого миллиарда лет существования Вселенной, чего мы обычно не видим. По этой причине мы предполагаем, что процесс звездообразования в этих галактиках был очень эффективным и начался очень рано. В частности, чтобы объяснить измеренное содержание азота по отношению к кислороду. Это соотношение на самом деле является надежной мерой того, сколько поколений звезд прожило и умерло.

В настоящее время исследователи представили предложение по времени наблюдения JWST. Они надеются, что смогут продолжить исследования, а также согласовать потенциальные различия, наблюдаемые между оптическим и дальним инфракрасным спектрами. «Мы все еще работаем над этой галактикой», — сказал Пэн. «В этих данных есть что исследовать».

В настоящее время ученые, проводившие исследование, подали заявку на время наблюдений JWST. Они надеются продолжить исследование, а также примирить потенциальные различия, наблюдаемые между оптическим и дальним инфракрасным спектрами. «Мы все еще работаем над этой галактикой«, — сказал Пенг. «В этих данных есть еще много интересного«.