ảnh mới từ[{” attribute=””>NASA’s James Webb Space Telescope (JWST) reveal for the first time galaxies with stellar bars — elongated features of stars stretching from the centers of galaxies into their outer disks — at a time when the universe was a mere 25% of its present age. The finding of so-called barred galaxies, similar to our Milky Way, this early in the universe will require astrophysicists to refine their theories of galaxy evolution.

Prior to JWST, images from the Hubble Space Telescope had never detected bars at such young epochs. In a Hubble image, one galaxy, EGS-23205, is little more than a disk-shaped smudge, but in the corresponding JWST image taken this past summer, it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar.

“I took one look at these data, and I said, ‘We are dropping everything else!’” said Shardha Jogee, professor of astronomy at The University of Texas at Austin. “The bars hardly visible in Hubble data just popped out in the JWST image, showing the tremendous power of JWST to see the underlying structure in galaxies,” she said, describing data from the Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), led by UT Austin professor, Steven Finkelstein.

The power of JWST to map galaxies at high resolution and at longer infrared wavelengths than Hubble allows it look through dust and unveil the underlying structure and mass of distant galaxies. This can be seen in these two images of the galaxy EGS23205, seen as it was about 11 billion years ago. In the HST image (left, taken in the near-infrared filter), the galaxy is little more than a disk-shaped smudge obscured by dust and impacted by the glare of young stars, but in the corresponding JWST mid-infrared image (taken this past summer), it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar. Credit: NASA/CEERS/University of Texas at Austin

The team identified another barred galaxy, EGS-24268, also from about 11 billion years ago, which makes two barred galaxies existing farther back in time than any previously discovered.

In an article accepted for publication in The Astrophysical Journal Letters, they highlight these two galaxies and show examples of four other barred galaxies from more than 8 billion years ago.

“For this study, we are looking at a new regime where no one had used this kind of data or done this kind of quantitative analysis before,” said Yuchen “Kay” Guo, a graduate student who led the analysis, “so everything is new. It’s like going into a forest that nobody has ever gone into.”

Bars play an important role in galaxy evolution by funneling gas into the central regions, boosting star formation.

“Bars solve the supply chain problem in galaxies,” Jogee said. “Just like we need to bring raw material from the harbor to inland factories that make new products, a bar powerfully transports gas into the central region where the gas is rapidly converted into new stars at a rate typically 10 to 100 times faster than in the rest of the galaxy.”

Bars also help to grow supermassive black holes in the centers of galaxies by channeling the gas part of the way.

Mô phỏng này cho thấy các thanh sao (trái) và dòng khí điều khiển thanh (phải) hình thành như thế nào. Các thanh sao đóng một vai trò quan trọng trong quá trình tiến hóa của thiên hà bằng cách dẫn khí vào các vùng trung tâm của thiên hà, nơi nó nhanh chóng được chuyển đổi thành các ngôi sao mới, nhanh hơn 10 đến 100 lần so với tốc độ ở phần còn lại của thiên hà. Các thanh này cũng gián tiếp hỗ trợ sự hình thành các lỗ đen siêu lớn ở trung tâm các thiên hà bằng cách định hướng phần khí trên đường đi. Tín dụng: Françoise Combes, Đài thiên văn Paris

Việc phát hiện ra các thanh trong những thời kỳ sơ khai này đã làm rung chuyển các kịch bản về sự tiến hóa của thiên hà theo nhiều cách.

Jogee cho biết: “Việc phát hiện sớm các thanh này có nghĩa là các mô hình tiến hóa của thiên hà giờ đây có một con đường mới xuyên qua các thanh này để đẩy nhanh quá trình tạo ra các ngôi sao mới ở thời kỳ sơ khai.

Và sự tồn tại của những thanh ban đầu này thách thức các mô hình lý thuyết vì chúng cần hiệu chỉnh vật lý thiên hà để dự đoán chính xác mức độ phong phú của các thanh. Nhóm sẽ thử nghiệm các mô hình khác nhau trong các bài báo sắp tới của họ.

Một bản dựng các hình ảnh JWST cho thấy sáu ví dụ về các thiên hà bị chặn, hai trong số đó đại diện cho thời gian phục hồi cao nhất được định lượng và mô tả cho đến nay. Các nhãn ở trên cùng bên trái của mỗi số hiển thị thời gian nghịch hành của mỗi thiên hà, nằm trong khoảng từ 8,4 đến 11 tỷ năm trước (Gyr), khi vũ trụ chỉ bằng 40% đến 20% so với tuổi hiện tại. Tín dụng: NASA/CEERS/Đại học Texas ở Austin

JWST có thể phát hiện các cấu trúc ở các thiên hà xa xôi tốt hơn Hubble vì hai lý do: Thứ nhất, tấm gương lớn hơn của nó mang lại cho nó khả năng thu ánh sáng lớn hơn, cho phép nó nhìn xa hơn và có độ phân giải cao hơn. Thứ hai, nó có thể nhìn xuyên qua lớp bụi tốt hơn vì nó quan sát ở bước sóng hồng ngoại dài hơn so với kính thiên văn Hubble.

Các sinh viên Eden Wise và Zilei Chen đóng vai trò chính trong nghiên cứu bằng cách xem xét trực quan hàng trăm thiên hà, tìm kiếm những thiên hà dường như có vạch, giúp thu hẹp danh sách xuống còn vài chục để các nhà nghiên cứu khác có thể phân tích bằng các tính toán chuyên sâu hơn . Đang đến gần.

Tham khảo: “Đầu tiên hãy xem z > 1 Vạch trong phần còn lại của khung cận hồng ngoại với hình ảnh CEERS sơ khai của JWST” Tác giả Yuchen Guo, Sharda Joji, Stephen L Finkelstein, Zili Chen, Aiden Weiss, Michaela P Bagley, Guillermo Barrow, Stegen & Witts, Dale D. Kosevski, Jehan S. Kartaltepe, Elizabeth J. McGrath, Henry C. Ferguson, Bahram Mobacher, Mauro Giavalescu, Ray A. Lucas, George A. Zavala, Jennifer M. Lutz, Norman A. Grojean, Mark Huertas-Company, Jesus Vega-Ferrero, Nimish P. Hathi, Pablo Arrabal Haro, Mark Dickinson, Anton M. Koekemoer, Casey Papovich, Nor Pirzkal, LY Aaron Yung, Bren E. Backhaus, Eric F. Bell, Antonello Calabrò, Nikko G. Cleary, Rosemary T. Cogan, MC Cooper, Luca Constantin, Darren Croton, Kelsey Davis Được chấp nhận, Alexandre de la Vega, Avishai Dekel, Maximilian Franco, Jonathan P. Gardner, Ben W. Holwerda, Taylor A. Hutchison, Viraj Pandya, Pablo G. Perez-Gonzalez, Swara Ravindranath, Caitlin Rose, Jonathan R . Trump, Weichen Wang, Chấp nhận Tạp chí vật lý thiên văn.
arXiv: 2210.08658

Các đồng tác giả khác từ Đại học Austin là Stephen Finkelstein, Michaela Bagley và Maximilian Franco. Hàng chục đồng tác giả từ các tổ chức khác đến từ Hoa Kỳ, Vương quốc Anh, Nhật Bản, Tây Ban Nha, Pháp, Ý, Úc và Israel.

Tài trợ cho nghiên cứu này được cung cấp một phần bởi Roland K. Blumberg Endowment trong Thiên văn học, Quỹ Heising-Simons và NASA. Công trình này đã sử dụng các nguồn lực tại Trung tâm Máy tính Cao cấp Texas, bao gồm cả Frontera, siêu máy tính mạnh nhất tại một trường đại học Mỹ.