Il James Webb Space Telescope rileva le galassie più lontane

Gli astronomi segnalano le galassie conosciute più distanti, che sono state scoperte e confermate da JWST.

Un team internazionale di astronomi ha scoperto le galassie più antiche e distanti confermate fino ad oggi utilizzando i dati del James Webb Space Telescope (JWST). Il telescopio ha catturato la luce emessa da queste galassie più di 13,4 miliardi di anni fa, il che significa che le galassie risalgono a meno di 400 milioni di anni dopo il Big Bang, quando l’universo aveva solo il 2% della sua età attuale.

Le osservazioni iniziali del JWST hanno prodotto diverse galassie candidate a grandi distanze, così come le precedenti osservazioni con il telescopio spaziale Hubble. Ora, quattro di questi obiettivi sono stati confermati da lunghe osservazioni spettroscopiche ottenute, che non solo forniscono misurazioni sicure delle loro distanze, ma consentono anche agli astronomi di caratterizzare le proprietà fisiche delle galassie.

“Abbiamo scoperto le galassie in tempi incredibilmente precoci nell’universo lontano”, ha detto Brant Robertson, professore di astronomia e astrofisica all’Università della California, Santa Cruz. “Con JWST, per la prima volta, ora possiamo trovare galassie così distanti e poi confermare con la spettroscopia che sono davvero lontane”.

Gli astronomi misurano la distanza di una galassia determinandone il redshift. A causa dell’espansione dell’universo, gli oggetti distanti sembrano allontanarsi da noi e la loro luce viene allungata a lunghezze d’onda più lunghe e più rosse dall’effetto Doppler. Le tecniche fotometriche basate su immagini catturate attraverso vari filtri possono fornire stime del redshift, ma le misurazioni finali richiedono la spettroscopia, che separa la luce da un oggetto in lunghezze d’onda componenti.

(Fai clic sull’immagine per vedere il grafico completo.) L’universo si sta espandendo e quell’espansione sta espandendo la luce che viaggia attraverso lo spazio in un fenomeno noto come spostamento verso il rosso cosmico. Maggiore è il redshift, maggiore è la distanza percorsa dalla luce. Di conseguenza, sono necessari telescopi con rivelatori a infrarossi per vedere la luce delle prime e più lontane galassie. Crediti: NASA, ESA e L. Hustak (STSci)

I nuovi risultati si concentrano su quattro galassie con un redshift superiore a 10. Due galassie inizialmente osservate da Hubble hanno confermato redshift di 10,38 e 11,58. Le due galassie più distanti, entrambe rilevate nelle immagini JWST, hanno spostamenti verso il rosso di 13,20 e 12,63, che le rendono le galassie più distanti confermate dalla spettroscopia fino ad oggi. Un redshift di 13,2 corrisponde a circa 13,5 miliardi di anni.

“Questi sono molto più lontani di quanto avremmo mai immaginato sarebbero stati scoperti prima del JWST”, ha detto Robertson. Al redshift 13, l’universo ha solo 325 milioni di anni.

Robertson ed Emma Curtis Lake dell’Università dell’Hertfordshire (Regno Unito) sono gli autori principali di due articoli sui risultati che non hanno ancora superato il processo di revisione paritaria (vedere i collegamenti sottostanti).

Le osservazioni sono il risultato di una collaborazione di scienziati che hanno guidato lo sviluppo di due degli strumenti di bordo di Webb, la Near Infrared Camera (NIRCam) e il Near Infrared Spectroradiometer (NIRSpec). La ricerca di galassie più deboli e più vecchie è stata il motore principale dei concetti per questi strumenti. Nel 2015, i team strumentali si sono uniti per proporre il JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), un programma ambizioso che ha richiesto poco più di un mese di tempo del telescopio ed è progettato per fornire una visione dell’universo primordiale senza precedenti in profondità. e dettagli. JADES è una collaborazione internazionale di oltre ottanta astronomi provenienti da dieci paesi.

“Questi risultati sono il culmine del motivo per cui il team NIRCam e NIRSpec si sono uniti per implementare questo programma di monitoraggio”, ha affermato Marcia Rieke, ricercatrice principale per NIRCam presso l’Università dell’Arizona.

Il programma JADES è iniziato con NIRCam, utilizzando più di 10 giorni di missione per osservare una piccola porzione di cielo all’interno e intorno all’Hubble Ultra-Depth Field. Gli astronomi studiano questa regione da più di 20 anni utilizzando quasi tutti i grandi telescopi. Il team di JADES ha osservato il campo in nove diverse gamme di lunghezze d’onda dell’infrarosso, catturando immagini straordinarie che rivelano quasi 100.000 galassie distanti, miliardi di anni luce ciascuna.

Il team ha quindi utilizzato lo spettrometro NIRSpec per un periodo di osservazione di tre giorni per raccogliere la luce da 250 deboli galassie. Ciò ha prodotto misurazioni accurate del redshift e ha rivelato le proprietà del gas e delle stelle in queste galassie.

“Con queste misurazioni, possiamo conoscere la luminosità intrinseca delle galassie e scoprire quante stelle hanno”, ha detto Robertson. “Ora possiamo davvero iniziare a mappare come le galassie si uniscono nel tempo”.

Il coautore Sandro Tequila dell’Università di Cambridge nel Regno Unito ha aggiunto: “È difficile comprendere le galassie senza comprendere i periodi iniziali della loro evoluzione. Come con gli esseri umani, gran parte di ciò che accade in seguito dipende dall’influenza di queste prime generazioni di stelle. Webb, e siamo entusiasti di poter svolgere un ruolo nel rivelare questa storia”.

Secondo Robertson, la formazione stellare in queste prime galassie sarebbe iniziata circa 100 milioni di anni prima dell’età in cui sono state osservate, spingendo la formazione delle prime stelle a circa 225 milioni di anni dopo.[{” attribute=””>Big Bang.

“We are seeing evidence of star formation about as early as we could expect based on our models of galaxy formation,” he said.

Other teams have identified candidate galaxies at even higher redshifts based on photometric analyses of JWST images, but these have yet to be confirmed by spectroscopy. JADES will continue in 2023 with a detailed study of another field, this one centered on the iconic Hubble Deep Field, and then a return to the Ultra Deep Field for another round of deep imaging and spectroscopy. Many more candidates in the field await spectroscopic investigation, with hundreds of hours of additional time already approved.

For more on this research, see NASA’s Webb Space Telescope Discovers Earliest Galaxies in the Universe.

References:

“Discovery and properties of the earliest galaxies with confirmed distances” by B. E. Robertson, S. Tacchella, B. D. Johnson, K. Hainline, L. Whitler, D. J. Eisenstein, R. Endsley, M. Rieke, D. P. Stark, S. Alberts, A. Dressler, E. Egami, R. Hausen, G. Rieke, I. Shivaei, C. C. Williams, C. N. A. Willmer, S. Arribas g, N. Bonaventura, A. Bunker, A. J. Cameron, S. Carniani, S. Charlot, J. Chevallard, M. Curti, E. Curtis-Lake, F. D’Eugenio, P. Jakobsen, T. J. Looser, N. Lützgendorf, R. Maiolino, M. V. Maseda, T. Rawle, H.-W. Rix, R. Smit, H. Übler, C. Willott, J. Witstok, S. Baum, R. Bhatawdekar, K. Boyett, Z. Chen, A. de Graaff, M. Florian, J. M. Helton, R. E. Hviding, Z. Ji, N. Kumari, J. Lyu, E. Nelson, L. Sandles, A. Saxena, K. A. Suess, F. Sun, M. Topping and I. E. B. Wallace, 17 November 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04480

“Spectroscopic confirmation of four metal-poor galaxies at z=10.3-13.2” by Emma Curtis-Lake, Stefano Carniani, Alex Cameron, Stephane Charlot, Peter Jakobsen, Roberto Maiolino, Andrew Bunker, Joris Witstok, Renske Smit, Jacopo Chevallard, Chris Willott, Pierre Ferruit, Santiago Arribas, Nina Bonaventura, Mirko Curti, Francesco D’Eugenio, Marijn Franx, Giovanna Giardino, Tobias J. Looser, Nora Lützgendorf, Michael V. Maseda, Tim Rawle, Hans-Walter Rix, Bruno Rodriguez del Pino, Hannah Übler, Marco Sirianni, Alan Dressler, Eiichi Egami, Daniel J. Eisenstein, Ryan Endsley, Kevin Hainline, Ryan Hausen, Benjamin D. Johnson, Marcia Rieke, Brant Robertson, Irene Shivaei, Daniel P. Stark, Sandro Tacchella, Christina C. Williams, Christopher N. A. Willmer, Rachana Bhatawdekar, Rebecca Bowler, Kristan Boyett, Zuyi Chen, Anna de Graaff, Jakob M. Helton, Raphael E. Hviding, Gareth C. Jones, Nimisha Kumari, Jianwei Lyu, Erica Nelson, Michele Perna, Lester Sandles, Aayush Saxena, Katherine A. Suess, Fengwu Sun, Michael W. Topping, Imaan E. B. Wallace and Lily Whitler, 8 December 2022, Astrophysics > Astrophysics of Galaxies.
arXiv:2212.04568