James Webb tar et spektakulært bilde av en glitrende galakse

Et av de første spektakulære bildene tatt av NASAs nye James Webb-romteleskop på flere millioner pund, fanget universets tidligste galakser.

Nå har tidlig analyse nullstilt en av disse galaksene ni milliarder lysår unna Jorden, og avslørt at den glitrer med noen av de eldste kjente stjernehopene, som dateres tilbake til kort tid etter Big Bang.

Disse tette gruppene på millioner av stjerner kan være relikvier som inneholder de første og eldste stjernene i universet.

Kalt «Galaksen Sparkler», den har fått navnet sitt takket være de kompakte objektene som fremstår som små gul-røde prikker som omgir den, omtalt av forskere som «gnister».

De antok at gnistene enten kunne være unge klynger av aktivt dannende stjerner – født tre milliarder år etter Big Bang på toppen av stjernedannelsen – eller gamle kulehoper.

Kulehoper er eldgamle samlinger av stjerner fra en galakses barndom og inneholder ledetråder om dens tidligste faser av dannelse og vekst.

Fra deres første analyse av 12 av disse kompakte objektene, slo ekspertene fast at fem av dem ikke bare er kulehoper, men blant de eldste kjente.

Forskningen ble utført av eksperter ved den kanadiske NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS), som studerte James Webb Space Telescope (JWST) Deep Field-bilde.

“JWST ble bygget for å finne de første stjernene og de første galaksene og for å hjelpe oss å forstå opprinnelsen til kompleksiteten i universet, slik som de kjemiske elementene og livets byggesteiner,” sa Lamiya Mowla, ved University of Toronto og co. -hovedforfatter av studien.

“Denne oppdagelsen i Webbs First Deep Field gir allerede en detaljert titt på den tidligste fasen av stjernedannelse, og bekrefter den utrolige kraften til JWST.”

Melkeveisgalaksen har omtrent 150 kulehoper, og hvordan og når nøyaktig disse tette stjerneklumpene ble dannet er ikke godt forstått.

Astronomer vet at kulehoper kan være ekstremt gamle, men det er utrolig utfordrende å måle alderen deres.

Å bruke svært fjerne kulehoper for å aldersdatere de første stjernene i fjerne galakser har ikke vært gjort før og er bare mulig med Webb.

“Disse nylig identifiserte hopene ble dannet nær første gang det var mulig å danne stjerner,” sa Mowla.

«Fordi Sparkler-galaksen er mye lenger unna enn vår egen Melkevei, er det lettere å bestemme alderen på kulehopene.

«Vi observerer Sparkler slik det var for ni milliarder år siden, da universet bare var fire og en halv milliard år gammelt, og ser på noe som skjedde for lenge siden.

“Tenk på det som å gjette en persons alder basert på deres utseende – det er lett å se forskjell på en 5- og 10-åring, men vanskelig å se forskjell på en 50- og 55-åring.”

Kartheik G. Iyer, fra University of Toronto og medforfatter av studien, sa: «Å se på de første bildene fra JWST og oppdage gamle kulehoper rundt fjerne galakser var et utrolig øyeblikk, et øyeblikk som ikke var mulig med tidligere Hubble Space Telescope avbildning.

«Siden vi kunne observere gnistene over en rekke bølgelengder, kunne vi modellere dem og bedre forstå deres fysiske egenskaper, som hvor gamle de er og hvor mange stjerner de inneholder.

“Vi håper kunnskapen om at kulehoper kan observeres fra så store avstander med JWST vil stimulere til ytterligere vitenskap og søk etter lignende objekter.”

Til nå kunne ikke astronomer se de omkringliggende kompakte objektene i Sparkler-galaksen med Hubble.

Dette endret seg med Webbs økte oppløsning og følsomhet, og avslørte de små prikkene rundt galaksen for første gang i sitt første Deep Field-bilde.

Sparkler-galaksen er spesiell fordi den forstørres med en faktor på 100 på grunn av en effekt som kalles gravitasjonslinser – der SMACS 0723-galaksehopen i forgrunnen forvrenger det som er bak den, omtrent som et gigantisk forstørrelsesglass.

Dessuten produserer gravitasjonslinser tre separate bilder av Sparkler, som lar astronomer studere galaksen mer detaljert.

“Vår studie av Sparkler fremhever den enorme kraften i å kombinere de unike egenskapene til JWST med den naturlige forstørrelsen som gravitasjonslinser gir,” sa CANUCS-teamleder Chris Willott, fra National Research Councils Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Centre.

“Teamet er spent på flere funn som kommer når JWST vender blikket mot CANUCS-galaksehopene neste måned.”

Forskerne kombinerte nye data fra JWSTs Near-Infrared Camera (NIRCam) med HST-arkivdata. NIRCam oppdager svake gjenstander ved å bruke lengre og rødere bølgelengder for å observere forbi det som er synlig for det menneskelige øyet og til og med HST.

Både forstørrelser på grunn av linseinnretningen av galaksehopen og den høye oppløsningen til JWST er det som gjorde det mulig å observere kompakte objekter.

Det kanadiskproduserte Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) instrumentet på JWST ga uavhengig bekreftelse på at objektene er gamle kulehoper fordi forskerne ikke observerte oksygenutslippslinjer – utslipp med målbare spektre gitt av unge klynger som er aktivt danner stjerner.

NIRISS bidro også til å avdekke geometrien til de tredobbelte bildene av Sparkler.

“JWSTs produserte-i-Canada NIRISS-instrument var viktig for å hjelpe oss å forstå hvordan de tre bildene av Sparkler og dens kulehoper henger sammen,” sa Marcin Sawicki, professor ved Saint Mary’s University i Canada og studiemedforfatter.

“Å se flere av Sparklers kulehoper avbildet tre ganger, gjorde det klart at de kretser rundt Sparkler-galaksen i stedet for å være rett og slett foran den ved en tilfeldighet.”

Fremtidige studier vil også modellere galaksehopen for å forstå linseeffekten og utføre mer robuste analyser for å forklare stjernedannelseshistoriene.

Forskningen er publisert i The Astrophysical Journal Letters.