גילוי בלתי צפוי של "גלקסיה בלתי אפשרית" מנפץ גבולות אסטרונומיים

PEARLSDG, גלקסיה ננסית מבודדת שנמצאה על ידי טלסקופ החלל ג'יימס וובמתנגד לתיאוריות האבולוציה הגלקטיות הסטנדרטיות בכך שאיננו יוצרים כוכבים חדשים, מה שמצביע על צורך לשנות את ההבנה שלנו לגבי גלקסיות.

צוות אסטרונומים, בראשותו של עוזר מדען המחקר באוניברסיטת אריזונה, טים קרלטון, גילה גלקסיה ננסית שהופיעה בהדמיה של טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) שלא הייתה יעד התצפית העיקרי.

גלקסיות קשורות יחדיו על ידי כוח הכבידה ומורכבות מכוכבים וכוכבי לכת, עם עננים עצומים של אבק וגז כמו גם חומר אפל. גלקסיות ננסיות הן הגלקסיות הנפוצות ביותר ביקום, והן בהגדרה קטנות בעלות עוצמת הארה נמוכה. יש להם פחות מ-100 מיליון כוכבים, בעוד ש שביל החלבלמשל, יש כמעט 200 מיליארד כוכבים.

הבנת גלקסיות ננסיות

תצפיות אחרונות בגלקסיות ננסיות של שפע של "גלקסיות אולטרה-פזורות" מעבר להישג ידם של סקרים ספקטרוסקופיים גדולים קודמים, מצביעות על כך שהבנתנו את אוכלוסיית הגלקסיות הננסיות עשויה להיות לא מלאה.

במחקר שפורסם לאחרונה, קרלטון והצוות בחנו בתחילה צביר של גלקסיות כחלק מפרויקט JWST Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS).

הגלקסיה הננסית, PEARLSDG, הופיעה במקרה בחלק מהדמיית ה-JWST של הצוות. זה בכלל לא היה המטרה – רק קצת רחוק משדה התצפית הראשי, באזור החלל שבו הם לא ציפו לראות כלום.

התוצאות שלהם פורסמו ב- מכתבי יומן אסטרופיזיים.

פריצת דרך במחקר גלקסי

ל-PEARLSDG לא היו המאפיינים הרגילים של גלקסיה ננסית שאפשר לצפות לראות. היא לא מקיימת אינטראקציה עם גלקסיה קרובה, אבל היא גם לא יוצרת כוכבים חדשים. כפי שמתברר, זהו מקרה מעניין של גלקסיה שקטה מבודדת.

"סוגים אלה של גלקסיות ננסיות שקטות מבודדות לא ממש נראו בעבר למעט מקרים מעטים יחסית. הם לא באמת צפויים להתקיים בהתחשב בהבנתנו הנוכחית של התפתחות הגלקסיות, כך שהעובדה שאנו רואים את העצם הזה עוזרת לנו לשפר את התיאוריות שלנו להיווצרות גלקסיות", אמר קרלטון. "באופן כללי, גלקסיות ננסיות שנמצאות שם לבדן ממשיכות ליצור כוכבים חדשים."

עד כה, הבנתם של אסטרונומים את התפתחות הגלקסיות הראתה גלקסיה מבודדת שהמשיכה ליצור כוכבים צעירים או שתיצור אינטראקציה עם גלקסיה נלווית מסיבית יותר. התיאוריה הזו לא חלה על PEARLSDG, שמוצגת כאוכלוסיית כוכבים ישנה, ​​שאינה יוצרת כוכבים חדשים וגם שומרת על עצמה.

בהפתעה נוספת, ניתן לצפות בכוכבים בודדים בתמונות ה-JWST של הצוות. כוכבים אלה בהירים יותר באורכי גל JWST; זוהי אחת הגלקסיות הרחוקות ביותר שאנו יכולים לראות את הכוכבים הללו עם רמת פירוט כזו. בהירות הכוכבים הללו מאפשרת לאסטרונומים להיות מסוגלים למדוד את המרחק שלו – 98 מיליון שנות אור.

טכניקות אסטרונומיות חדשניות

למחקר זה, קרלטון, שהוא עוזר מדען מחקר במרכז Beus ליסודות קוסמיות בבית הספר לחקר כדור הארץ והחלל ב-ASU, והצוות השתמש במגוון רחב של נתונים.

זה כולל נתוני הדמיה ממצלמה Near-Infra Red (NIRCam) של JWST; נתונים ספקטרוסקופיים מהספקטרוגרף האופטי של DeVeny על טלסקופ Lowell Discovery ב-Flagstaff, אריזונה; הדמיה ארכיונית מ נאס"אטלסקופי החלל של Galex ושפיצר; והדמיה מבוססת קרקע מסקר Sloan Digital Sky ו- Dark Energy Camera Legacy Survey.

ל-NIRCam של JWST יש רזולוציה ורגישות זוויתית גבוהה מאוד, מה שמאפשר לצוות לזהות כוכבים בודדים בגלקסיה הרחוקה הזו. בדיוק כמו תאים בודדים המגיעים לפוקוס תחת מיקרוסקופ, תצפיות אלה הביאו את המרכיבים של PEARLSDG למיקוד חד.

חשוב לציין, זיהוי כוכבים ספציפיים בהדמיה סיפק רמז מרכזי למרחק שלו – לכוכבים אלה יש בהירות מהותית ספציפית, ולכן על ידי מדידת הבהירות הנראית לעין שלהם עם JWST, הצוות הצליח לקבוע כמה רחוק הם נמצאים. מסתבר שכוכבים אלו היו מהכוכבים הרחוקים ביותר מסוגם שנצפו.

כל נתוני ההדמיה הארכיוניים, שנצפו באורכי גל אולטרה סגול, אופטי ואינפרא אדום, נמשכו יחד כדי לחקור את הצבע של PEARLSDG. לכוכבים שזה עתה נוצרו יש חתימת צבע ספציפית, ולכן היעדר חתימה כזו שימשה כדי להראות ש-PEARLSDG לא יצר כוכבים חדשים.

הספקטרוגרף של DeVeney בטלסקופ לואל דיסקברי מפיץ את העצמים האסטרונומיים הקלים למרכיביו המובהקים, ומאפשר לאסטרונומים לחקור את תכונותיו בפירוט. לדוגמה, שינוי אורך הגל הספציפי שנצפה בתכונות בנתונים הספקטרוסקופיים מקודד מידע על התנועה של PEARLSDG, תוך שימוש באותו "אפקט דופלר" שבו משתמשים תותחי מכ"ם כדי למדוד את מהירות הנהגים בכבישי אריזונה.

זה היה המפתח להראות ש-PEARLSDG אינו קשור לשום גלקסיה אחרת והוא מבודד באמת.

בנוסף, מאפיינים מסוימים בספקטרום רגישים לנוכחות של כוכבים צעירים, כך שהיעדרם של מאפיינים אלה אימת עוד יותר את המדידות של היעדר כוכבים צעירים מנתוני ההדמיה.

"זה היה בניגוד מוחלט לציפיות של אנשים מגלקסיה ננסית כמו זו", אמר קרלטון.

תגלית זו משנה את הבנתם של אסטרונומים כיצד נוצרות ומתפתחות גלקסיות. זה מצביע על האפשרות שגלקסיות שקטות רבות מבודדות ממתינות לזיהוי וכי ל-JWST יש את הכלים לעשות זאת.

מחקר זה הוצג במסיבת העיתונאים של ינואר 243 AAS: Oddities in the Sky, וניתן לצפות בו כאן.