Астрономи виявили новий об'єкт з раннього Всесвіту за даними телескопа Джеймса Вебба

12 липня 2022 року були опубліковані перші зображення, отримані за допомогою телескопа Джеймса Вебба (JWST). Ця колекція продемонструвала високу роздільну здатність та неймовірну здатність інфрачервоного обсерваторії. Вона також підкреслила, як технологічні досягнення з часів легендарного телескопа Хаббла можуть забезпечити більш глибокі та чіткі погляди на космос. Це стало особливо очевидним у випадку галактичного скупчення MACS J0308.9+2645, зображення якого було отримано раніше за допомогою Хаббла і показувало скупчення галактик та кілька гравітаційних лінз.

Гравітаційні лінзи, в свою чергу, відкрили ще більш віддалені галактики, які існували 13 мільярдів років тому, коли Всесвіт був лише 1 мільярд років старим. Ці галактики з'являються як спотворені "гравітаційні дуги" на зображенні, їхнє світло було спотворено та посилено гравітаційним полем скупчення MACS J0308.9+2645. Виявилося, що ще більше галактик залишалося невиявленими. У нещодавній статті астрофізик Гомера Давіла Гутьєрреса було ідентифіковано ще одного кандидата на гравітаційну дугу в галактичному скупченні MACS J0308.9+2645.

Доктор Гутьєррес є засновником і директором SKYCR.ORG, провідного іспаномовного новинного джерела з астрономії та космічних досліджень, першим костариканцем, обраним членом Королівського астрономічного товариства (FRAS), а також членом Європейського астрономічного товариства (EAS). Він повідомив про виявлення кандидата на дугу (A1) після аналізу архівних даних камери ближнього інфрачервоного діапазону (NIRCam) JWST, отриманих у рамках дослідження гравітаційного лінзування (RELICS), що є частиною кампанії загальних спостережень (GO) 5293.

Схема гравітаційної лінзової системи MG J0414+0534. Джерело: NAOJ, K. T. Inoue

Гравітаційні лінзи — це явище, спочатку передбачене теорією загальної відносності Ейнштейна, в якому об'єкти з масою змінюють кривизну простору-часу навколо себе. Коли світло проходить через гравітаційне поле, воно слідує цій кривизні, що посилює та спотворює його. Протягом десятиліть астрономи використовували ці лінзи (створені об'єктами на передньому плані) для спостереження світла від більш віддалених, тьмяних об'єктів, що розташовані за ними.

Кандидат-галактика, яку спостерігав доктор Гутьєррес, має характерну для цього явища витягнуту та вигнуту форму. Він виявив A1, аналізуючи 54 публічні поля JWST/NIRCam та оцінюючи 1591 можливий кандидат. З них лише A1 був визнаний надійним кандидатом на гравітаційну дугу, яка могла існувати, коли Всесвіт був дуже молодим. Як зазначив доктор Гутьєррес у листі до Universe Today:

По-перше, його геометрія: A1 є надзвичайно витягнутим (співвідношення осей ~6.5) і орієнтованим тангенціально щодо центру скупчення приблизно в градусі — саме таку орієнтацію створює гравітаційне лінзування. По-друге, його яскравість: він є найяскравішим з сильно витягнутих джерел на цій відстані, що зробило його вимірюваним. І по-третє, його відсутність у всіх каталогах: він не з'являється в опублікованому інвентарі сильного лінзування цього скупчення, а також у SIMBAD, NED або VizieR.
Коли я зв'язався з командою GO-5293, вони підтвердили, що він не перетинається з системами, які вони аналізували. Реальне, яскраве, не каталогізоване джерело у вигляді дуги в масивному кластері, обраному за даними Планка — ось чому варто було продовжувати дослідження.

Провівши багатосмуговий аналіз за допомогою фотометричного інструменту EAZY (Easy and Accurate Zphot from Yale), доктор Гутьєррес отримав значення червоного зсуву z ≈ 4.4, що розташовує A1 в межах першого мільярда років Всесвіту. Після цього він провів аналіз за допомогою інструменту, розробленого ізраїльським астрофізиком Аною Асеаброн та колегами у 2018 році, що встановило обмеження на масу скупчення MACS J0308.9+2645. З цього він визначив, що A1 підлягає фактору збільшення сім.

Маленькі червоні точки можуть представляти галактики в еволюційній фазі, що передує фазі світлового квазару. Джерело: NASA/ESA/CSA/ISTA)/ETH Zurich/NAOJ

Хоча аналіз ще триває і необхідні подальші спостереження, з даних можна отримати деякі характеристики. Доктор Гутьєррес зазначив:

З виправленою фотометрією A1 є галактикою з z ≈ 1.4 — ми бачимо її такою, якою вона була приблизно 9 мільярдів років тому — що розташована за скупченням MACS J0308.9+2645 (z = 0.356), одним з найбільших відомих скупчень. Її світло пройшло близько до скупчення на шляху до нас, і робоча інтерпретація, якою діляться експерти з лінзування програми, полягає в тому, що це єдине зображення, яке підлягає лінзуванню: розтягнуте та помірно посилене гравітацією скупчення, але не множинно зображене.
Її проекційна позиція, приблизно в 51 кутовій секунді від X-ray центру скупчення, та її тангенціальна витягнутість узгоджуються з цією картиною. Остаточний тест — оновлена модель лінзи скупчення, побудована на основі нових даних JWST — зараз у процесі.

Аналіз також виявив другого потенційного кандидата, позначеного A2, який має подібну геометрію до A1. Це джерело світла значно тьмяніше, менше, більш витягнуте, а його фотометрія менш обмежена. Воно також має подібну проекційну відстань від центрального скупчення, як і A1. "І це важливо: фотометрична проблема, яка вплинула на первісну оцінку червоного зсуву A1 — каталожні апертурні величини, які захоплюють лише невелику частину світла розширеного джерела — ще більше стосується тьмяного джерела, як A2. Тож я вважаю його природу та червоний зсув відкритими питаннями, що чекають на таку ж виправлену повторну оцінку, яку я застосував до A1", — сказав доктор Гутьєррес.

Ці результати є захоплюючими, оскільки вони вказують на те, що в даних Вебба може бути ще багато ранніх кандидатів на галактики.

Публічний архів Вебба зростає швидше, ніж будь-хто може повністю використати, і ця знахідка показує, що справжні відкриття чекають у вже опублікованих даних, доступних для будь-якого дослідника, готового до ретельної роботи. Але є й другий урок, не менш важливий: автоматизована фотометрія каталогів може сильно ввести в оману для розширених джерел — у цьому випадку вона спочатку запропонувала набагато вищий червоний зсув — тому верифікація, незалежне повторне вимірювання та контакт з оригінальною командою програми є суттєвими.
Найбільшою нагородою цього процесу було саме це: команда GO-5293 щедро відповіла, підтвердила, що об'єкт не був каталогізований, і ми зараз працюємо з їх оновленою моделлю лінзи для остаточного визначення природи A1. Незалежні дослідники та команди програм співпрацюють над публічними даними — ось як працює архів Вебба, як було задумано.

Ця робота наразі проходить рецензування для публікації в журналі Publications of the Astronomical Society of Japan.