Webb ha rivelato la sorprendente formazione di un enorme ammasso di galassie

Gli astronomi che studiano l'Universo primordiale hanno fatto una scoperta sorprendente utilizzando la NASA/ESA/CSA James Webb Space Telescope. Le capacità spettroscopiche di Webb, combinate con la sua sensibilità agli infrarossi, hanno scoperto un ammasso di galassie massicce in processo di formazione attorno a un quasar estremamente rosso. Il risultato amplierà la nostra comprensione di come le galassie dell’Universo primordiale si unirono nella rete cosmica che vediamo oggi.

Il quasar in questione, SDSS J165202.64+172852.3, è un quasar “estremamente rosso” che esiste nei primissimi Universo, 11.5 miliardi di anni fa. I quasar sono un tipo raro e incredibilmente luminoso di nucleo galattico attivo (AGN). Questo quasar è uno dei nuclei galattici più potenti conosciuti mai visti a una distanza così estrema. Gli astronomi avevano ipotizzato che l’emissione estrema del quasar potesse causare un “vento galattico”, spingendo il gas libero fuori dalla galassia ospite e possibilmente influenzando notevolmente il futuro. stella formazione lì.

Un AGN è una regione compatta al centro di una galassia, che emette abbastanza radiazione elettromagnetica da eclissare tutte le stelle della galassia. Gli AGN, compresi i quasar, sono alimentati dal gas che cade in un supermassiccio buco nero al centro della loro galassia. Solitamente emettono grandi quantità di luce in tutte le lunghezze d'onda, ma questo nucleo galattico è membro di una classe insolitamente rossa. Oltre al suo intrinseco colore rosso, la luce della galassia è stata ulteriormente spostata verso il rosso a causa della sua grande distanza. Ciò ha reso Webb, dotato di sensibilità senza precedenti nelle lunghezze d'onda dell'infrarosso, perfettamente adatto per esaminare la galassia in dettaglio.

Per studiare il movimento del gas, della polvere e del materiale stellare nella galassia, il team ha utilizzato lo spettrografo del vicino infrarosso (NIRSpec) del telescopio. Questo potente strumento può raccogliere simultaneamente spettri attraverso l’intero campo visivo del telescopio, anziché solo da un punto alla volta: una tecnica nota come spettroscopia con unità di campo integrale (IFU). Ciò ha permesso loro di esaminare simultaneamente il quasar, il suo galassia e i dintorni più ampi.

La spettroscopia è stata fondamentale per comprendere il movimento dei vari deflussi e dei venti che circondano il quasar. I movimenti dei gas influenzano la luce che emettono e riflettono, provocandone lo spostamento verso il rosso o il blu in proporzione alla loro velocità e direzione. Il team è riuscito a osservare e caratterizzare questo movimento monitorando gli ioni ossigeno negli spettri NIRSpec. Le osservazioni IFU sono state particolarmente utili, poiché il team ha sfruttato appieno la capacità di raccogliere spettri da un'ampia area attorno al quasar stesso.

Precedenti studi di, tra gli altri, il NASA/ESA Il telescopio spaziale Hubble e lo spettrometro di campo integrale nel vicino infrarosso del telescopio Gemini-Nord hanno richiamato l’attenzione sui potenti deflussi del quasar, e gli astronomi avevano ipotizzato che la sua galassia ospite potesse fondersi con qualche partner invisibile. Ma il team non si aspettava che i dati NIRSpec di Webb indicassero chiaramente che non stavano osservando solo una galassia, ma almeno altre tre che vorticavano attorno ad essa. Grazie agli spettri IFU su un’ampia area, è stato possibile mappare i movimenti di tutto questo materiale circostante, portando alla conclusione che SDSS J165202.64+172852.3 era in realtà parte di un denso nodo di formazione galattica.

“Ci sono pochi protoammassi di galassie conosciuti in questo periodo. È difficile trovarli e pochissimi hanno avuto il tempo di formarsi dopo il Big Bang”. ha detto l'astronomo Dominika Wylezalek di Università di Heidelberg in Germania, che ha condotto lo studio su questo argomento quasar. “Questo potrebbe eventualmente aiutarci a capire come si evolvono le galassie in ambienti densi… È un risultato entusiasmante”.

Utilizzando le osservazioni IFU del NIRSpec, il team è stato in grado di confermare tre compagni galattici di questo quasar e mostrare come sono collegati. I dati di archivio di Hubble suggeriscono che potrebbero essercene ancora di più. Le immagini della Wide Field Camera 3 di Hubble avevano mostrato materiale esteso che circondava il quasar e la sua galassia, spingendone la selezione per questo studio sul suo deflusso e sugli effetti sulla sua galassia ospite. Ora, il team sospetta che avrebbero potuto osservare il nucleo di un intero ammasso di galassie, rivelato solo ora dalle nitide immagini di Webb.

“Il nostro primo sguardo ai dati ha rivelato rapidamente chiari segni di importanti interazioni tra le galassie vicine”, membro del team condiviso Andrey Vayner di Johns Hopkins University a Baltimora, negli Stati Uniti. "La sensibilità dello strumento NIRSpec è stata immediatamente evidente e mi è stato chiaro che ci troviamo in una nuova era della spettroscopia a infrarossi."

Le tre galassie confermate orbitano l'una attorno all'altra a velocità incredibilmente elevate, indicando che è presente una grande quantità di massa. Se combinato con quanto sono concentrati nella regione attorno a questo quasar, il team ritiene che questo segni una delle aree più dense conosciute di formazione di galassie nei primi anni della Terra. Universo. “Anche un denso nodo di materia oscura non è sufficiente a spiegarlo”, Wylezalek dice. “Pensiamo che potremmo vedere una regione in cui due enormi aloni di materia oscura si stanno fondendo insieme”.

Lo studio condotto dal team di Wylezalek fa parte delle indagini di Webb sull’Universo primordiale. Con la sua capacità senza precedenti di guardare indietro nel tempo, il telescopio è già utilizzato per studiare come si sono formate e si sono evolute le prime galassie e come i buchi neri si sono formati e hanno influenzato la struttura dell’Universo. Il team sta pianificando osservazioni di follow-up su questo inaspettato proto-ammasso di galassie e spera di usarlo per capire come si formano gli ammassi di galassie densi e caotici come questo e come viene influenzato dal buco nero attivo e supermassiccio al suo centro.

Il loro obiettivo è innanzitutto tornare alla questione dei venti galattici e del feedback dei quasar. Da tempo si sospetta che i quasar siano i responsabili della ridotta formazione stellare nelle galassie che li ospitano attraverso questo meccanismo di feedback, ma è stato difficile ottenere prove certe per collegare i due fenomeni. Le presenti osservazioni sono solo le prime di una serie che studierà tre quasar con Webb, ciascuno in tempi diversi nel passato dell'Universo.

“Districare la luce incredibilmente brillante di un quasar distante dall’ospite molto più fioco e dai suoi compagni è quasi impossibile da terra. Scoprire i dettagli dei venti galattici che potrebbero produrre feedback è ancora più impegnativo”. ha condiviso il membro del team David Rupke del Rhodes College di Memphis, USA. “Ora con Webb possiamo già vedere che le cose stanno cambiando”.

Questa ricerca è stata completata come parte dei programmi Early Release Science (ERS) di Webb. Queste osservazioni avranno luogo durante i primi 5 mesi di attività scientifiche di Webb. Le osservazioni Webb che hanno prodotto questo risultato sono state prese dal programma ERS n. 1335.

Riferimento della Gazzetta

1. Dominika Wylezalek, Andrey Vayner, David S. N. Rupke, Nadia L. Zakamska, Sylvain Veilleux, Yuzo Ishikawa, Caroline Bertemes, Weizhe Liu, Jorge K. Barrera-Ballesteros, Hsiao-Wen Chen, Andy D. Goulding, Jenny E. Greene, Kevin N. Hainline, Nora Lützgendorf, Fred Hamann, Timothy Heckman, Sean D. Johnson, Dieter Lutz, Vincenzo Mainieri, Roberto Maiolino, Nicole P. H. Nesvadba, Patrick Ogle, Eckhard Sturm. Primi risultati del JWST Early Release Science Program Q3D: Tempi turbolenti nella vita di un quasar estremamente rosso z∼3 rivelati dalle IFU NIRSpec. Astrofisica delle Galassie (astro-ph.GA); Cosmologia e Astrofisica Non Galattica (astro-ph.CO). arXiv: 2210.10074 [astro-ph.GA]