Teleskop Luar Angkasa James Webb melihat kembali ke alam semesta awal dan melihat galaksi seperti Bima Sakti kita

Gambar baru dari[{” attribute=””>NASA’s James Webb Space Telescope (JWST) reveal for the first time galaxies with stellar bars — elongated features of stars stretching from the centers of galaxies into their outer disks — at a time when the universe was a mere 25% of its present age. The finding of so-called barred galaxies, similar to our Milky Way, this early in the universe will require astrophysicists to refine their theories of galaxy evolution.

Prior to JWST, images from the Hubble Space Telescope had never detected bars at such young epochs. In a Hubble image, one galaxy, EGS-23205, is little more than a disk-shaped smudge, but in the corresponding JWST image taken this past summer, it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar.

“I took one look at these data, and I said, ‘We are dropping everything else!’” said Shardha Jogee, professor of astronomy at The University of Texas at Austin. “The bars hardly visible in Hubble data just popped out in the JWST image, showing the tremendous power of JWST to see the underlying structure in galaxies,” she said, describing data from the Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), led by UT Austin professor, Steven Finkelstein.

The power of JWST to map galaxies at high resolution and at longer infrared wavelengths than Hubble allows it look through dust and unveil the underlying structure and mass of distant galaxies. This can be seen in these two images of the galaxy EGS23205, seen as it was about 11 billion years ago. In the HST image (left, taken in the near-infrared filter), the galaxy is little more than a disk-shaped smudge obscured by dust and impacted by the glare of young stars, but in the corresponding JWST mid-infrared image (taken this past summer), it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar. Credit: NASA/CEERS/University of Texas at Austin

The team identified another barred galaxy, EGS-24268, also from about 11 billion years ago, which makes two barred galaxies existing farther back in time than any previously discovered.

In an article accepted for publication in The Astrophysical Journal Letters, they highlight these two galaxies and show examples of four other barred galaxies from more than 8 billion years ago.

“For this study, we are looking at a new regime where no one had used this kind of data or done this kind of quantitative analysis before,” said Yuchen “Kay” Guo, a graduate student who led the analysis, “so everything is new. It’s like going into a forest that nobody has ever gone into.”

Bars play an important role in galaxy evolution by funneling gas into the central regions, boosting star formation.

“Bars solve the supply chain problem in galaxies,” Jogee said. “Just like we need to bring raw material from the harbor to inland factories that make new products, a bar powerfully transports gas into the central region where the gas is rapidly converted into new stars at a rate typically 10 to 100 times faster than in the rest of the galaxy.”

Bars also help to grow supermassive black holes in the centers of galaxies by channeling the gas part of the way.

Simulasi ini menunjukkan pembentukan batang bintang (kiri) dan aliran masuk gas yang digerakkan oleh batang (kanan). Bilah bintang memainkan peran penting dalam evolusi galaksi, menyalurkan gas ke wilayah pusat galaksi di mana ia dengan cepat diubah menjadi bintang baru dengan kecepatan biasanya 10 hingga 100 kali lipat dari galaksi lainnya. Bar juga secara tidak langsung membantu menumbuhkan lubang hitam supermasif di pusat galaksi dengan menyalurkan sebagian gas. Kredit foto: Francoise Combes, Observatorium Paris

Penemuan batang pada zaman awal seperti itu mengguncang skenario evolusi galaksi dalam beberapa cara.

“Penemuan batang awal ini berarti model evolusi galaksi sekarang memiliki cara baru melintasi batang untuk mempercepat produksi bintang baru di zaman awal,” kata Jogee.

Dan keberadaan batang-batang awal ini menantang model teoretis, karena mereka perlu memahami fisika galaksi dengan benar untuk memprediksi frekuensi batang yang benar. Tim akan menguji model yang berbeda dalam pekerjaan mereka berikutnya.

Montase gambar JWST menunjukkan enam contoh galaksi berpalang, dua di antaranya mewakili waktu melihat ke belakang terlama yang diidentifikasi dan dikarakterisasi secara kuantitatif hingga saat ini. Label di kiri atas setiap gambar menunjukkan waktu mundur setiap galaksi, mulai dari 8,4 hingga 11 miliar tahun (Gyr) yang lalu, ketika alam semesta hanya 40% hingga 20% dari usianya saat ini. Kredit foto: NASA/CEERS/Universitas Texas di Austin

JWST lebih baik dalam mengungkap struktur di galaksi jauh daripada Hubble karena dua alasan: Pertama, cerminnya yang lebih besar memberikan kemampuan pengumpulan cahaya yang lebih baik, memungkinkannya melihat lebih jauh dan dengan resolusi lebih tinggi. Kedua, ia dapat melihat menembus debu dengan lebih baik karena mengamati pada panjang gelombang inframerah yang lebih panjang daripada Hubble.

Siswa Eden Wise dan Zilei Chen memainkan peran kunci dalam penelitian, meninjau secara visual ratusan galaksi mencari galaksi yang tampaknya memiliki batang, yang membantu mempersempit daftar menjadi beberapa lusin untuk peneliti lain menggunakan analisis matematis yang lebih intensif dapat menganalisis mendekati.

Referensi: “Tampilan Pertama pada z > 1 Bilah di Bingkai Sisa Dekat-Inframerah dengan JWST Early CEERS Imaging” oleh Yuchen Guo, Shardha Jogee, Steven L. Finkelstein, Zilei Chen, Eden Wise, Micaela B. Bagley, Guillermo Barro, Stijn Wuyts, Dale D Kocevski, Jeyhan S Kartaltepe, Elizabeth J McGrath, Henry C Ferguson, Bahram Mobasher, Mauro Giavalisco, Ray A Lucas, Jorge A Zavala, Jennifer M Lotz, Norman A Grogin, Marc Huertas-Company, Jesús Vega-Ferrero , Nimish P. Hathi, Pablo Arrabal Haro, Mark Dickinson, Anton M. Koekemoer, Casey Papovich, Nor Pirzkal, LY Aaron Yung, Bren E. Backhaus, Eric F. Bell, Antonello Calabrò, Nikko J Cleri, Rosemary T Coogan, MC Cooper, Luca Costantin, Darren Croton, Kelcey Davis, Alexander de la Vega, Avishai Dekel, Maximilien Franco, Jonathan P Gardner, Benne W Holwerda, Taylor A Hutchison, Viraj Pandya, Pablo G. Pérez-González, Swara Ravindranath, Caitlin Rose, Jonathan R. Trump dan Weichen Wang, Diterima, Surat Jurnal Astrofisika.
arXiv:2210.08658

Rekan penulis UT Austin lainnya termasuk Steven Finkelstein, Micaela Bagley, dan Maximilien Franco. Lusinan rekan penulis dari institusi lain berasal dari AS, Inggris, Jepang, Spanyol, Prancis, Italia, Australia, dan Israel.

Pendanaan untuk penelitian ini sebagian disediakan oleh Roland K. Blumberg Endowment in Astronomy, Heising-Simons Foundation, dan NASA. Pekerjaan ini menggunakan sumber daya dari Texas Advanced Computing Center, termasuk Frontera, superkomputer terkuat di universitas AS.