Astronomen bevestigen de leeftijd van het verste sterrenstelsel met zuurstof

[univers]

De radiotelescoop-array ALMA heeft de exacte kosmische leeftijd van een ver JWST-geïdentificeerd sterrenstelsel, GHZ2/GLASS-z12, nauwkeurig bepaald op 367 miljoen jaar na de oerknal. ALMA's diepe spectroscopische waarnemingen onthulden een spectrale emissielijn geassocieerd met geïoniseerde zuurstof nabij het sterrenstelsel, waarvan de waargenomen frequentie is verschoven vanwege de uitdijing van het heelal sinds de lijn werd uitgezonden. Deze waarneming bevestigt dat de JWST in staat is om uit te kijken om afstanden vast te leggen, en kondigt een grote sprong aan in ons vermogen om de vorming van de vroegste sterrenstelsels in het heelal te begrijpen.
Credit : NASA / ESA / CSA / T. Treu, UCLA / NAOJ / T. Bakx, Nagoya U.

Een nieuwe studie onder leiding van een gezamenlijk team van de universiteit van Nagoya en het National Astronomical Observatory of Japan heeft de kosmische ouderdom van een zeer ver verwijderd sterrenstelsel gemeten. Het team gebruikte de ALMA-radiotelescooparray om een ​​radiosignaal te detecteren dat ongeveer 97% van de leeftijd van het heelal heeft afgelegd. Deze ontdekking bevestigt het bestaan ​​van sterrenstelsels in het zeer vroege heelal, gevonden door de James Webb Space Telescope. Het onderzoek is gepubliceerd in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Het sterrenstelsel, genaamd GHZ2/GLASS-z12, werd aanvankelijk geïdentificeerd in de JWST GLASS-survey , een survey die het verre heelal en achter enorme clusters van sterrenstelsels observeert. Deze waarnemingen bestaan ​​uit meerdere beelden waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende breedbandige kleurfilters, vergelijkbaar met de afzonderlijke RGB-kleuren in een camera. Voor verre sterrenstelsels duurt het zo lang voordat het licht ons bereikt dat de uitdijing van het heelal de kleur van dit licht heeft verschoven naar het rode uiteinde van het zichtbare lichtspectrum in de zogenaamde roodverschuiving. De rode kleur van GHZ2/GLASS-z12 hielp onderzoekers daarom om het te identificeren als een van de meest overtuigende kandidaten voor een ver sterrenstelsel dat ze waarnamen.

In de eerste paar weken van JWST-waarnemingen werden zoveel heldere verre sterrenstelsels geïdentificeerd dat het ons fundamentele begrip van de vorming van de vroegste sterrenstelsels op de proef stelde. Deze rode kleuren zijn echter slechts indicatief voor een ver sterrenstelsel en zouden in plaats daarvan een zeer stofrijk sterrenstelsel kunnen zijn dat zich voordoet als een verder weg gelegen object. Alleen directe waarnemingen van spectraallijnen - lijnen in het lichtspectrum van een melkwegstelsel die worden gebruikt om de aanwezige elementen te identificeren - kunnen de werkelijke afstanden van deze sterrenstelsels robuust bevestigen.

Onmiddellijk na de ontdekking van deze vroege kandidaten voor melkwegstelsels, gebruikten twee vroege onderzoekers van de Universiteit van Nagoya en het National Astronomical Observatory of Japan de veertig radiotelescopen van de ALMA-array in Chili om te zoeken naar een spectraallijn om de ware leeftijd van de sterrenstelsels te bevestigen. .


Het beeld van sterrenstelsel GHZ2/GLASS-z12 met het bijbehorende ALMA-spectrum. ALMA's diepe spectroscopische waarnemingen onthulden een spectrale emissielijn geassocieerd met geïoniseerde zuurstof nabij het sterrenstelsel, waarvan de waargenomen frequentie is verschoven vanwege de uitdijing van het heelal sinds de lijn werd uitgezonden.
NASA / ESA / CSA / T. Treu, UCLA / NAOJ / T. Bakx, Nagoya U.


ALMA wees naar GHZ2/GLASS-z12 om te zoeken naar een emissielijn die verband houdt met zuurstof met de verwachte frequentie die wordt gesuggereerd door de JWST-waarnemingen. Zuurstof is een typisch overvloedig element in verre sterrenstelsels vanwege de relatief korte tijdschaal van vorming, daarom koos het team ervoor om te zoeken naar een zuurstofemissielijn om de kans op detectie te vergroten.

Door het signaal van elk van zijn 12-meter telescopen te combineren, kon ALMA de emissielijn in de buurt van de positie van het sterrenstelsel detecteren. De waargenomen roodverschuiving van de lijn geeft aan dat we het sterrenstelsel zien zoals het er slechts 367 miljoen jaar na de oerknal uitzag.

"De eerste beelden van de James Webb Space Telescope onthulden zoveel vroege sterrenstelsels, dat we vonden dat we de resultaten moesten testen met behulp van het beste observatorium op aarde", zei hoofdauteur Tom Bakx van Nagoya University. "Het was een heel opwindende tijd om een ​​observationele astronoom te zijn, en we konden de status van de waarnemingen volgen die de JWST-resultaten in realtime zullen testen."

"We waren aanvankelijk bezorgd over de kleine variatie in positie tussen de gedetecteerde zuurstofemissielijn en het sterrenstelsel dat door Webb werd gezien", merkt auteur Tom Bakx op, "maar we hebben gedetailleerde tests op de waarnemingen uitgevoerd om te bevestigen dat dit echt een robuuste detectie is, en het is heel moeilijk uit te leggen door middel van een andere interpretatie.”

Mede-hoofdauteur Jorge Zavala van het National Astronomical Observatory of Japan voegt eraan toe: "De heldere lijnemissie geeft aan dat dit sterrenstelsel zijn gasreservoirs snel heeft verrijkt met elementen die zwaarder zijn dan waterstof en helium. Dit geeft ons enkele aanwijzingen over de vorming en evolutie van de eerste generatie sterren en hun levensduur. De kleine scheiding die we zien tussen het zuurstofgas en de emissie van de sterren zou er ook op kunnen wijzen dat deze vroege sterrenstelsels te lijden hadden onder gewelddadige explosies die het gas wegbliezen van het centrum van de melkweg naar het gebied rond de melkweg en zelfs daarbuiten.”

“Deze diepe ALMA-waarnemingen leveren robuust bewijs voor het bestaan ​​van sterrenstelsels in de eerste paar honderd miljoen jaar na de oerknal en bevestigen de verrassende resultaten van de Webb-waarnemingen. Het werk van JWST is nog maar net begonnen, maar we zijn onze modellen van de vorming van sterrenstelsels in het vroege heelal al aan het aanpassen aan deze waarnemingen. De gecombineerde kracht van Webb en de radiotelescoop-array ALMA geeft ons het vertrouwen om onze kosmische horizon steeds dichter bij de dageraad van het heelal te brengen.”

https://ras.ac.uk/news-and-press/news/a ... axy-oxygen