Команда астрономів відкрила галактику, якої не повинно існувати

Команда астрономів на чолі з асистентом наукового співробітника Університету штату Арізона Тімом Карлтоном відкрила карликову галактику, яка з’явилася на знімках космічного телескопа Джеймса Вебба, але не була основною метою спостереження.

Галактики пов’язані між собою гравітацією і складаються із зірок і планет, з величезними хмарами пилу і газу, а також темної матерії. Карликові галактики – найпоширеніші галактики у Всесвіті, вони за визначенням малі та мають низьку світність. Вони налічують менше ніж 100 млн зірок, тоді як Чумацький Шлях, наприклад, налічує майже 200 млрд зірок.

Нещодавні спостереження за карликовими галактиками, які виявили велику кількість “ультрадифузних галактик”, недосяжних для попередніх великих спектроскопічних досліджень, свідчать про те, що наше розуміння популяції карликових галактик може бути неповним.

У нещодавно опублікованому дослідженні Карлтон і його команда спочатку розглядали скупчення галактик в рамках проєкту JWST Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS).

Карликова галактика PEARLSDG випадково з’явилася на деяких знімках команди JWST. Це була зовсім не ціль – просто трохи віддалена від основного поля спостереження, в області космосу, де вони нічого не очікували побачити.

PEARLSDG не має звичайних характеристик карликової галактики, які можна було б очікувати побачити. Вона не взаємодіє з сусідньою галактикою, але й не утворює нових зірок. Виявляється, це цікавий випадок ізольованої галактики, що перебуває у стані спокою.

“Такі типи ізольованих карликових галактик, що перебувають у стані спокою, раніше не зустрічалися, за винятком відносно небагатьох випадків. З огляду на наші сучасні уявлення про еволюцію галактик, їх існування не очікується, тому той факт, що ми бачимо цей об’єкт, допомагає нам вдосконалити наші теорії формування галактик”, – сказав Карлтон. “Як правило, карликові галактики, які існують самі по собі, продовжують утворювати нові зірки”.

До цього часу розуміння астрономами еволюції галактик показувало ізольовану галактику, яка продовжувала формувати молоді зорі, або взаємодіяла з більш масивною галактикою-компаньйоном. Ця теорія не стосується PEARLSDG, яка представляє собою стару зоряну популяцію, що не утворює нових зірок і тримається сама по собі.

Ще одним сюрпризом стало те, що окремі зорі можна спостерігати на зображеннях JWST, отриманих командою. Ці зорі яскравіші у хвилях JWST; це одна з найвіддаленіших галактик, де ми можемо бачити ці зорі з таким рівнем деталізації. Яскравість цих зірок дозволяє астрономам виміряти її відстань – 98 млн світлових років.

Для цього дослідження Карлтон – асистент наукового співробітника Центру космічних основ ім. Беуса в Школі дослідження Землі та космосу при АСУ – і його команда використовували широкий спектр даних.

Сюди входять дані зображень, отримані за допомогою камери ближнього інфрачервоного діапазону (NIRCam) JWST, спектроскопічні дані, отримані за допомогою оптичного спектрографа ДеВені на телескопі Lowell Discovery у Флагстаффі, штат Арізона, архівні зображення космічних телескопів NASA Galex і Spitzer, а також наземні зображення, отримані за допомогою цифрового обстеження неба ім. Слоуна і за допомогою застарілої камери для спостереження за темною енергією.

Камера NIRCam JWST має дуже високу кутову роздільну здатність і чутливість, що дозволяє команді ідентифікувати окремі зірки в цій далекій галактиці. Подібно до того, як окремі клітини фокусуються під мікроскопом, ці спостереження привели компоненти PEARLSDG у чіткий фокус.

Важливо, що ідентифікація конкретних зірок на зображенні дала ключовий ключ до її відстані – ці зірки мають специфічну внутрішню яскравість, тому, вимірявши їхню видиму яскравість за допомогою JWST, команда змогла визначити, наскільки далеко вони знаходяться. Виявилося, що ці зорі були одними з найвіддаленіших зірок свого типу, які можна було спостерігати.

Для вивчення кольору PEARLSDG були зібрані всі архівні дані зображень, отримані в ультрафіолетовому, оптичному та інфрачервоному діапазонах довжин хвиль. Новоутворені зорі мають специфічну кольорову сигнатуру, тому відсутність такої сигнатури була використана для того, щоб показати, що PEARLSDG не утворює нових зір.

Спектрограф ДеВені на телескопі Лоуелл Діскавері розкладає світло астрономічних об’єктів на окремі компоненти, що дозволяє астрономам детально вивчати його властивості. Наприклад, специфічний зсув довжини хвилі, що спостерігається в особливостях спектроскопічних даних, кодує інформацію про рух PEARLSDG, використовуючи той самий ефект Доплера, який використовують радари для вимірювання швидкості водіїв на дорогах Арізони.

Це було ключовим для того, щоб показати, що PEARLSDG не пов’язана з жодною іншою галактикою і є справді ізольованою.

Крім того, певні особливості в спектрі чутливі до присутності молодих зірок, тому відсутність цих особливостей ще більше підтвердила виміри відсутності молодих зірок у даних зображень. “Це абсолютно суперечило очікуванням людей щодо такої карликової галактики, як ця”, – сказав Карлтон.

Це відкриття змінює уявлення астрономів про те, як формуються та еволюціонують галактики. Воно вказує на можливість того, що багато ізольованих галактик, які перебувають у стані спокою, чекають на своє відкриття, і що JWST має інструменти для цього.