12 июля весь мир с затаенным дыханием ждал первого изображения, полученного с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST). Спустя два с лишним месяца это изображение глубокого поля открывает новую сокровищницу первозданной Вселенной, которая ранее оставалась незамеченной. Астрономы определили самые отдаленные шаровые скопления звезд из когда-либо обнаруженных — реликты, содержащие первые и самые старые звезды во Вселенной.
Хотя они являются предметом интенсивных исследований на протяжении десятилетий, ученые не знают, когда и как образуются шаровые скопления. Шаровые скопления — это стабильные, гравитационно связанные скопления от десятков тысяч до миллионов звезд. Они связаны со всеми типами галактик.
В нашей галактике Млечный Путь известно около 150 шаровых скоплений. Возраст большинства из них оценивается в 10 миллиардов лет. Скопления, вероятно, образовались очень рано, до того, как галактика сплющилась в спиральный диск.
Недавно с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) исследователи из команды Canadian NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS) определили самые отдаленные шаровые скопления, когда-либо обнаруженные на первом снимке Уэбба в глубоком поле, среди одних из самых ранних галактик во Вселенной. Их анализ опубликован в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Как пояснил в своем заявлении соавтор исследования доцент Адам Муззин с факультета естественных наук Йоркского университета: "Шаровые скопления довольно загадочны. Они вращаются вокруг Млечного Пути и других галактик, но мы понятия не имеем, откуда они взялись".
Поэтому на детальном изображении глубокого поля "Уэбба" исследователи сосредоточились на так называемой "Галактике Sparkler", находящейся на расстоянии девяти миллиардов световых лет от нас, чтобы понять, что происходит вокруг нее. Эта галактика получила свое название благодаря компактным объектам, которые появляются в виде маленьких желто-красных точек вокруг нее, которые исследователи называют "искрами".
Команда выдвинула гипотезу, что эти искры могут быть либо молодыми, активно формирующимися звездными скоплениями — рожденными через три миллиарда лет после Большого взрыва в период расцвета звездообразования — либо древними шаровыми скоплениями, свидетельством раннего формирования и роста галактики и Вселенной.
До сих пор астрономам не удавалось увидеть компактные объекты, окружающие галактику Sparkler, с помощью космического телескопа Хаббл (HST). Это изменилось благодаря увеличению разрешения и чувствительности JWST, впервые показав крошечные точки, окружающие галактику.
Кроме того, галактика Sparkler является особенной, поскольку она увеличена в 100 раз из-за эффекта, называемого гравитационным линзированием. Если говорить конкретно, то скопление галактик SMACS 0723 на переднем плане искажает то, что находится за ним. Подобно гигантскому увеличительному стеклу, она вызывает отклонение света. Кроме того, гравитационная линза создает три отдельных изображения Sparkler, что позволяет астрономам более детально изучить галактику, поскольку эти многочисленные изображения идеально коррелируют во всех отношениях.
На основе первоначального анализа 12 таких компактных объектов исследователи определили, что пять из них являются не только шаровыми скоплениями, но и одними из старейших известных.
Кроме того, прибор Уэбба Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) подтвердил, что эти объекты являются бывшими шаровыми скоплениями, которые больше не производят звезд (это состояние называется покоем). Исследователи не наблюдали никаких эмиссионных линий кислорода, характерных для молодых скоплений, в которых идет активное звездообразование. NIRISS также помог разгадать геометрию трех изображений Sparkler и ее шаровых скоплений.
Как объясняет Марцин Савицки, канадский профессор кафедры астрономии, профессор Университета Святой Марии и соавтор исследования: "Если увидеть несколько глобулярных скоплений Спарклера на трех изображениях, становится ясно, что они вращаются вокруг галактики Sparkler, а не просто случайно оказались перед ней".
В поисках первых звезд и происхождения Вселенной
Как упоминалось ранее, в Млечном Пути насчитывается около 150 шаровых скоплений. Астрономы знают, что шаровые скопления могут быть очень старыми, но измерить их возраст крайне сложно. Использование очень далеких шаровых скоплений для датировки первых звезд в далеких галактиках никогда не делалось ранее и возможно только с помощью JWST.
В данном случае исследователи объединили новые данные с ближней инфракрасной камеры JWST (NIRCam) с архивными данными HST. NIRCam обнаруживает слабые объекты, используя более длинные, более красные длины волн для наблюдения за пределами того, что видно человеческому глазу и даже HST. Увеличение линзы скоплением галактик и высокое разрешение JWST — вот что сделало возможным наблюдение компактных объектов.
Крис Уиллотт, руководитель группы CANUCS в Герцбергском исследовательском центре астрономии и астрофизики Национального исследовательского совета, сказал: "Наше исследование Sparkler подчеркивает огромную силу сочетания уникальных возможностей JWST с естественным увеличением, обеспечиваемым гравитационным линзированием".
По этой причине ученые считают, что возраст скоплений позволяет предположить, что они образовались примерно в то время, когда ранее темная и непрозрачная Вселенная стала прозрачной, позволяя свету свободно проходить. Это означает, что их образование может быть связано с ранними этапами формирования галактик.
Наконец, "Джеймс Уэбб" будет наблюдать за полями CANUCS с октября 2022 года, используя данные JWST для изучения пяти массивных скоплений галактик, вокруг которых исследователи ожидают найти больше подобных систем. Будущие исследования будут также моделировать скопление галактик для понимания эффекта линзирования и проводить более надежные анализы для объяснения истории звездообразования.
30.09.2022 403 3 минут чтения
