Międzynarodowy zespół naukowy zbadał relację między rozmiarem a jasnością części najwcześniejszych galaktyk, powstałych mniej niż miliard lat po Wielkim Wybuchu.
Opublikowane właśnie wyniki są częścią programu badawczego Grim Lens-Amplified Survey form Space (GLASS) Early-Release Science Program, kierowanego przez profesora Tommaso Treu z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles. Program ma na celu zbadanie wczesnego Wszechświata – z okresu, gdy powstały w nim pierwsze gwiazdy i galaktyki, które zjonizowały neutralny gaz wypełniający wówczas młody kosmos i umożliwiły pojawienie się w nim światła. Okres ten nazywamy erą rejonizacji.
Jednak szczegóły ery rejonizacji pozostawały dotąd nieznane, ponieważ teleskopy do dziś nie były w stanie szczegółowo obserwować galaktyk z tego okresu w historii Wszechświata. Dowiedzenie się nieco więcej o tych czasach rejonizacji pomogłoby jednak naukowcom zrozumieć, w jaki sposób gwiazdy i galaktyki z czasem ewoluowały, tworząc obserwowany dziś Wszechświat.
W badaniach prowadzonych przez stypendystkę Kavli IPMU JSPS Lilan Yang i badacza projektu Xuheng Ding wykorzystano wielopasmowe dane obrazowania instrumentu NIRCam (program GLASS-JWST) do pomiaru rozmiaru i jasności dawnych galaktyk celem określenia ich morfologii i zarazem statystycznych relacji między ich rozmiarami a jasnościami. Po raz pierwszy możemy badać właściwości galaktyk w tzw. spoczynkowym paśmie optycznym na przesunięciu ku czerwieni większym niż 7 za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, a relacja rozmiar-jasność galaktyk jest ważna z punktu widzenia określenia kształtu ich funkcji jasności, która wskazuje między innymi na główne źródła odpowiedzialne za kosmiczną rejonizację, tj. liczne, słabe lub stosunkowo mało jasne galaktyki.
Pierwotna długość fali światła podczas jej długiej podróży od czasów wczesnego Wszechświata do współczesnego obserwatora ulega przesunięciu ku falom dłuższym. Wcześniej, dzięki Kosmicznemu Teleskopowi Hubble’a, znaliśmy właściwości galaktyk tylko w paśmie spoczynkowym UV (ultrafioletu). Teraz, dzięki JWST, możemy mierzyć także fale dłuższe niż ultrafiolet – mówi główna autorka omawianej pracy, Yang.
Naukowcy znaleźli też pierwszą relację rozmiar-jasność w świetle widzialnym dla galaktyk z przesunięciem ku czerwieni większym niż 7, czyli powstałych około 800 milionów lat po Wielkim Wybuchu. A to pozwoliło im zbadać ich rozmiary w funkcji długości fali. Odkryto, że mediana rozmiaru tych galaktyk przy jasności referencyjnej wynosi około 400-600 parseków i nieznacznie spada w optycznym paśmie spoczynkowym w stosunku do podobnych badań na falach UV. Czy właśnie tego oczekiwano? Odpowiedź brzmi: nie wiadomo, czego mieliśmy się spodziewać. Wcześniejsze badania symulacyjne dawały szereg różnych przewidywań.
Zespół odkrył również, że linia nachylenia zależności rozmiar-jasność jest nieco bardziej stroma w najkrótszym paśmie długości fali obserwacji. To sugeruje większą gęstość jasności powierzchniowej przy krótszej długości fali, a stąd mniejsza korekta niekompletności obserwacyjnej przy oszacowaniu funkcji jasności, ale wynik ten nie jest jeszcze rozstrzygający. Nie chcemy tego nadinterpretować – podsumowuje Yang.
Artykuł został opublikowany 18 października 2022 roku w The Astrophysical Journal Letters.
Więcej informacji:
- Researchers measure size-luminosity relation of galaxies less than a billion years after Big Bang
- Early Results from GLASS-JWST. V: The First Rest-frame Optical Size–Luminosity Relation of Galaxies at z > 7
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Źródło: Kavli IPMU
Na ilustracji: Dwie wyjątkowo jasne galaktyki uchwycone w ramach programu GLASS-JWST. Galaktyki te istniały około 450 i 300 milionów lat po Wielkim Wybuchu, a ich rozmiary wynoszą odpowiednio 500 i 170 parseków. Źródło: NASA, ESA, CSA, Tommaso Treu (UCLA)
