Viele frühe Galaxien sahen aus wie Wassernudeln und Surfbretter

Das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA hat gezeigt, dass Galaxien im frühen Universum eher länglichen Formen wie Surfbrettern und Teichnudeln ähneln als runden Formen. Diese Entdeckung, die auf der Analyse von Nahinfrarotbildern der CEERS-Durchmusterung basiert, stellt eine wichtige Entdeckung über die Struktur früher Galaxien dar und erweitert die Erkenntnisse des Hubble-Weltraumteleskops. Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

Hang Ten! Forscher, die Webb nutzten, fanden heraus, dass viele entfernte Galaxien flache elliptische Scheiben und röhrenartige Formen anstelle von spiralförmigen oder elliptischen Strukturen haben.

Bereit, die kosmischen „Wellen“ zu nutzen James Webb-Weltraumteleskop? Wie ein Rettungsschwimmer im Dienst suchte Webb den Horizont ab und entdeckte ferne Galaxien in Form von Volleybällen, Frisbees, Surfbrettern und Surfbrettern.

Die Forscher, die Webbs Daten analysierten, fanden außerdem heraus, dass surfbrettähnliche Galaxien und Nudelgalaxien häufiger auftraten, als das Universum zwischen 600 Millionen und 6 Milliarden Jahre alt war. Dies steht im Widerspruch zu dem, was wir zuvor mit anderen Teleskopen für Galaxien näher an der „Küste“ bestätigt haben. Nahe Galaxien sind oft klar definierte Spiralen mit Sternenarmen, die ebenfalls wie fliegende Untertassen aussehen, oder glatte Ellipsoide, die ebenfalls wie fliegende Kugeln aussehen.

Es ist noch nicht klar, ob sich im Laufe der gesamten kosmischen Zeit neue Galaxienformen entwickelt haben. Zukünftige Forschung ist erforderlich, um herauszufinden, wie sich die 3D-Geometrien von Galaxien über mehr als 13 Milliarden Jahre verändert haben.

Dies sind Beispiele für entfernte Galaxien, die vom James Webb-Weltraumteleskop der NASA im Rahmen des Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) erfasst wurden.
Aktuelle CEERS-Forschung unter der Leitung von Viraj Pandya, einem NASA Hubble Fellow an der Columbia University in New York, hat gezeigt, dass Galaxien oft flach und länglich erscheinen, wie Spaghetti oder Surfbretter (in der oberen Reihe).
Dünne, scheibenförmige kreisförmige Galaxien, die fliegenden Untertassen ähneln, sind die nächste große Gruppe (unten links und in der Mitte).
Schließlich machten kugelförmige Galaxien oder fliegende Bälle den kleinsten Teil ihrer Funde aus (unten rechts).
Es wird geschätzt, dass alle diese Galaxien existierten, als das Universum zwischen 600 Millionen und 6 Milliarden Jahre alt war.
Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin), Rebecca Larson (UT Austin)

Webb zeigt, dass viele frühe Galaxien wie Poolnudeln und Surfbretter waren

Forscher analysieren Bilder von NASADas James-Webb-Weltraumteleskop hat herausgefunden, dass Galaxien im frühen Universum oft flach und länglich sind, wie Surfbretter und Billardnudeln – und selten rund, wie Volleybälle oder Frisbees. „Ungefähr 50 bis 80 % der von uns untersuchten Galaxien scheinen in zwei Dimensionen flach zu sein“, erklärte Hauptautor Viraj Pandya, ein Hubble Fellow bei der NASA. Universität von Columbia in New York. „Galaxien, die wie Poolnudeln oder Surfbretter aussehen, scheinen im frühen Universum sehr häufig vorzukommen, was überraschend ist, da sie in der Nähe ungewöhnlich sind.“

Das Team konzentrierte sich auf eine breite Palette von Nahinfrarotbildern von Webb, bekannt als Cosmic Evolution Early Evolution Science Survey (CEERS), aus denen sie Galaxien extrahierten, die schätzungsweise existierten, als das Universum zwischen 600 Millionen und 6 Milliarden Jahre alt war .

Während die meisten entfernten Galaxien wie Surfbretter und Poolnudeln aussehen, haben andere die Form von Frisbee-Tellern und Volleybällen. „Fliegende Bälle“ oder sphärische Galaxien scheinen die kompakteste Art auf dem kosmischen „Ozean“ zu sein und waren oft auch am wenigsten definiert. Es wurde festgestellt, dass Frisbees so groß sind wie ein Surfbrett und spaghettiförmige Galaxien entlang des „Horizonts“, im benachbarten Universum treten sie jedoch häufiger in der Nähe der „Küste“ auf. (Vergleichen Sie sie in der Abbildung unten.)

Pandyas Team identifizierte vier Hauptklassifikationen, die oben als 3D-Objekte und Querschnitte dargestellt sind. Sie sind von der geringsten zur höchsten Häufigkeit geordnet.
Oben links zeigt ein Webb-Scan eine Klassifizierung, die im frühen Universum selten, heute aber üblich ist: Galaxien mit Kugelform oder Salven.
Oben rechts sind flache runde Scheiben oder fliegende Untertassen zu sehen, die etwas häufiger vorkommen.
Die Formen der Galaxien, die in dieser frühen Periode vorherrschten, erscheinen flach und länglich, wie Surfbretter (unten links) oder Schwimmbadnudeln (unten rechts). Dieses Klassifikationspaar macht etwa 50 bis 80 Prozent aller entfernten Galaxien aus, die sie bisher untersucht haben – eine Überraschung, da diese Formen in der Nähe ungewöhnlich sind.
Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmstead (STScI), Viraj Pandya (Columbia), Hawen Zhang (Universität von Arizona), Lucy Redding-Ekanda (Simmons Foundation)

Die Kategorie, die wir haben werden Milchstraße Würde die Galaxie zusammenbrechen, wenn wir die Uhr um Milliarden Jahre zurückdrehen könnten? „Unsere beste Vermutung ist, dass es wahrscheinlich wie ein Surfbrett aussah“, sagte Co-Autor Hawen Zhang, Doktorand an der University of Arizona in Tucson. Diese Hypothese basiert teilweise auf neuen Erkenntnissen von Webb, in denen Theoretiker „die Uhr zurückdrehten“, um die Masse der Milchstraße vor Milliarden von Jahren abzuschätzen, die mit der damaligen Form verknüpft war.

Diese entfernten Galaxien sind auch viel weniger massereich als nahe gelegene Spiral- und elliptische Galaxien, ein Vorläufer massereicherer Galaxien wie unserer eigenen. „Im frühen Universum hatten Galaxien viel weniger Zeit zum Wachsen“, sagte Karthik Iyer, Co-Autor und NASA Hubble Fellow, ebenfalls an der Columbia University. „Die Identifizierung zusätzlicher Klassen früher Galaxien ist spannend – es gibt jetzt viel zu analysieren. Wir können jetzt untersuchen, wie sich die Formen von Galaxien auf ihr Aussehen auswirken, und einen besseren Einblick in ihre Entstehung im Detail geben.“

Unsere Galaxie, die Milchstraße, hat in ihrem Kern ein supermassereiches Schwarzes Loch, das von einer zentralen Ausbuchtung aus alten, gelben Sternen umgeben ist. Dahinter liegen bläuliche Spiralarme voller jüngerer Sterne, neu entstehender Sterne und dunkler Staubstreifen. Bildnachweis: NASA und STScI

Webbs Sensibilität, hochauflösende Bilder und Spezialisierung auf Infrarotlicht ermöglichten es dem Team, schnell 3D-Geometriemodelle vieler CEERS-Galaxien zu charakterisieren und zu entwickeln. Pandya sagt auch, dass ihre Arbeit ohne die umfangreiche Forschung der Astronomen der NASA nicht möglich gewesen wäre Hubble-Weltraumteleskop.

Seit Jahrzehnten fasziniert uns Hubble mit Bildern einiger der ältesten Galaxien, angefangen bei der allerersten „Deep Field“ im Jahr 1995 und Fortsetzung der Kernuntersuchung, die als Cosmic Heritage Deep Extragalactic Near-Infrared Survey bekannt ist. Deep-Sky-Durchmusterungen wie diese haben zu viel umfangreicheren Statistiken geführt und Astronomen dazu veranlasst, leistungsstarke 3D-Modelle entfernter Galaxien auf der ganzen Welt zu erstellen. Kosmische Zeit. Heute trägt Webb dazu bei, diese Bemühungen voranzutreiben, indem er eine große Sammlung entfernter Galaxien erweitert, die außerhalb der Reichweite von Hubble liegen, und das frühe Universum viel detaillierter enthüllt, als dies bisher möglich war.

Dies ist Teil des Cosmic Evolution Early Launch Science Survey (CEERS), der aus mehreren Nahinfrarot-Indikatoren von NIRCam (Near Infrarot Camera) an Bord des James Webb-Weltraumteleskops besteht. Diese Beobachtungen fallen in dieselbe Region, die vom Hubble-Weltraumteleskop untersucht wurde und als Groth Extension Bar bekannt ist.
Die Nord- und Ost-Kompasspfeile zeigen die Richtung des Bildes am Himmel an. Beachten Sie, dass die Beziehung zwischen Norden und Osten am Himmel (von unten gesehen) im Verhältnis zu den Richtungspfeilen auf der Erdkarte (von oben gesehen) umgekehrt ist.
Dieses Bild zeigt unsichtbare Wellenlängen des nahen Infrarotlichts, übersetzt in die Farben des sichtbaren Lichts. Der Farbschlüssel zeigt, welche NIRCam-Filter beim Sammeln des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, das zur Darstellung des Infrarotlichts verwendet wird, das diesen Filter passiert.
Der Maßstabsbalken heißt Bogensekunden und ist ein Maß für den Winkelabstand am Himmel. Eine Bogensekunde entspricht einem Winkelmaß von 1/3600 Grad. Ein Grad hat 60 Bogenminuten und eine Bogenminute 60 Bogensekunden. (Der Winkeldurchmesser des Mondes beträgt etwa 30 Bogenminuten.) Die tatsächliche Größe eines Objekts, das eine Bogensekunde am Himmel abdeckt, hängt von seiner Entfernung vom Teleskop ab.
Bildnachweis: NASA, ESA, CSA, STScI, Steve Finkelstein (UT Austin), Michaela Bagley (UT Austin)

Webbs Bilder des frühen Universums waren wie Meereswellen und lieferten neue Beweiswellen. „Hubble hat seit langem gezeigt, dass es einen Überschuss an rechteckigen Galaxien gibt“, erklärte Co-Autor Mark Huertas, Forscher am Institut für Astrophysik der Kanarischen Inseln. Doch Forscher fragen sich immer noch: Würden zusätzliche Details mit der Empfindlichkeit gegenüber Infrarotlicht besser erscheinen? „Webb bestätigte, dass Hubble in den von beiden beobachteten Galaxien keine zusätzlichen Merkmale übersehen hat. Darüber hinaus zeigte Webb uns viele entfernte Galaxien mit ähnlichen Formen, alle sehr detailliert.“

Es gibt immer noch Lücken in unserem Wissen – Forscher werden nicht nur eine größere Stichprobengröße als Webb benötigen, um die Eigenschaften und genauen Standorte entfernter Galaxien zu verfeinern, sie werden auch viel Zeit damit verbringen müssen, ihre Modelle zu optimieren und zu aktualisieren, um die genauen Ergebnisse besser wiederzugeben Geometrien. Aus fernen Galaxien. „Das sind frühe Erkenntnisse“, sagte Co-Autorin Elizabeth McGrath, Assistenzprofessorin am Colby College in Waterville, Maine. „Wir müssen tiefer in die Daten eintauchen, um herauszufinden, was vor sich geht, aber wir sind sehr gespannt auf diese ersten Trends.“

Referenz: „Bananenförmige Galaxien: Ableitung der 3D-Geometrie von Galaxien mit hoher Rotverschiebung mithilfe von JWST-CEERS“ von Viraj Pandya, Haowen Zhang, Mark Huertas, Karthik J. Iyer, Elizabeth McGrath, Guillermo Barro, Steven L. Finkelstein und Martin Quimmel , William J. Hartley, Henry C. Ferguson, Jehan S. Kartaltepe, Joel Primack, Avishay Dekel, Sandra M. Faber, David C. Coe, Greg L. Bryan, Rachel S. Somerville, Ricardo O. Amorin, Pablo Arrabal Haro, Michaela B. Bagley, Eric F. Bell, Emmanuel Bertin, Luca Costantin, Romelle Dave, Mark Dickinson, Robert Feldman, Adriano Fontana, Rafael Gavazzi, Mauro Giavalesco, Andrea Grazian, Norman A. Grogen, Yuchen Guo , Changhun Han , Penny Holwerda, Lisa J. Kewley, Alison Kirkpatrick, Anton M. Quickmore, Jennifer M. Lutz, Ray A. Lucas, Laura Pinterici, Pablo G. Perez Gonzalez, Nor Pierzkal, Dale D. Kosevski, Casey Babovich, Swara Ravindranath, Kaitlyn Rose, Mark Schaefer, Raymond C. Simmons, Amber N. Strawn, Sandro Takela, Jonathan R. Trump, Alexander de la Vega, Stephen M. Wilkins, Stijn Waits, Guang Yang und Lee Aaron Young, angenommen, Die Astrophysikalisches Journal.
arXiv:2310.15232

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumobservatorium. Webb löst die Geheimnisse unseres Sonnensystems, blickt über die fernen Welten um andere Sterne hinaus und erforscht die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin. WEB ist ein internationales Programm, das von der NASA und ihren Partnern, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), geleitet wird.Europäische Weltraumorganisation) und die Canadian Space Agency.