Det kanadensiska NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS)-teamet upptäckte de mest avlägsna klotkluster som någonsin hittats med hjälp av James Webb rymdteleskop (JWST). Dessa täta grupper av miljoner stjärnor kan vara reliker som innehåller de första och äldsta stjärnorna i universum.
Denna upptäckt i Webbs första djupfält ger redan en detaljerad titt på den tidigaste fasen av stjärnbildning, vilket bekräftar den otroliga kraften hos JWST.
Den nio miljarder ljusår borta "Sparkler galaxen" var i fokus för den utsökt detaljerade Webbs First Deep Field-bild, sa astronomerna. Forskarna kallade dessa kompakta objekt runt denna galax "gnistrar", som visade sig som små gula prickar.
Enligt forskargruppen kan dessa gnistrar antingen vara nya hopar av stjärnor aktivt utvecklande som bildades tre miljarder år efter Big Bang i höjd med stjärnbildning eller gamla klothopar. Globulära hopar är gamla samlingar av stjärnor från början av en galax, som ger information om de tidiga stadierna av dess utveckling och expansion.
Från sin första analys av 12 av dessa kompakta föremål, fastställde forskarna att fem av dem inte bara är klotformiga hopar utan bland de äldsta kända.
Kartheik G. Iyer, Dunlap Fellow vid Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics vid University of Toronto och medförfattare till studien, sa: "Att titta på de första bilderna från JWST och upptäcka gamla klothopar runt avlägsna galaxer var ett otroligt ögonblick, ett som inte var möjligt med tidigare Hubble rymdteleskop bildbehandling."
"Eftersom vi kunde observera gnistren över en rad våglängder kunde vi modellera dem och bättre förstå deras fysiska egenskaper, som hur gamla de är och hur många stjärnor de innehåller. Vi hoppas att kunskapen om att klothopar kan observeras från så stora avstånd med JWST kommer att stimulera ytterligare vetenskap och sökningar efter liknande objekt."
Lamiya Mowla, Dunlap Fellow vid Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics vid University of Toronto och medförfattare till studien, sa: "Dessa nyligen identifierade hopar bildades nära första gången det ens var möjligt att skapa stjärnor. Eftersom Sparkler-galaxen är mycket längre bort än vår egen Vintergatan, är det lättare att bestämma åldrarna på dess klotformiga hopar.
"Vi observerar Sparkler som den var för nio miljarder år sedan, när universum var bara fyra och en halv miljard år gammal och tittade på något som hände för länge sedan. Se det som att gissa en persons ålder baserat på deras utseende – det är lätt att se skillnad på en 5- och 10-åring, men svårt att se skillnad på en 50- och 55-åring.”
Sparkler-galaxen är speciell eftersom den förstoras med en faktor 100 på grund av en effekt som kallas gravitationslinsning – där SMACS 0723-galaxhopen i förgrunden förvränger det som finns bakom det som ett gigantiskt förstoringsglas. Dessutom producerar gravitationslinser tre separata bilder av Sparkler, vilket gör det möjligt för astronomer att studera galaxen mer i detalj.
CANUCS-teamledare Chris Willott från National Research Councils Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Center sa, "Vår studie av Sparkler belyser den enorma kraften i att kombinera JWSTs unika kapacitet med den naturliga förstoringen som ges av gravitationslinser. Teamet är glada över fler upptäckter när JWST riktar blickarna mot CANUCS galaxhopar nästa månad."
Forskarna kombinerade ny data från JWST:s Near-Infrared Camera (NIRCam) med HST-arkivdata. NIRCam upptäcker svaga föremål med längre och rödare våglängder för att observera förbi vad som är synligt för det mänskliga ögat och till och med HST. Både förstoringarna på grund av linsningen av galaxhopen och den höga upplösningen av JWST gjorde det möjligt att observera kompakta objekt.
Det kanadensiska instrumentet Near-Infrared Imager and Slitless Spectrograph (NIRISS) på JWST bekräftade att objekten är gamla klothopar eftersom forskarna inte observerade syreemissionslinjer - utsläpp med mätbara spektra som ges av unga hopar som aktivt bildar stjärnor . NIRISS hjälpte också till att reda ut geometrin hos bilderna med tre linser av Sparkler.
Marcin Sawicki, Canada Research Chair in Astronomy, professor vid Saint Mary's University, och studiemedförfattare, sade, "JWST:s kanada-tillverkade NIRISS-instrument var avgörande för att hjälpa oss att förstå hur de tre bilderna av Sparkler och dess klotformiga kluster hänger ihop. Att se flera av Sparklers klothopar avbildade tre gånger gjorde det klart att de kretsar runt Sparkler-galaxen snarare än att bara vara framför den av en slump."
Tidskriftsreferens:
- The Sparkler: Utvecklade klotklusterkandidater med hög rödförskjutning fångade av JWST. The Astrophysical Journal Letters (2022). DOI: 10.3847/2041-8213/ac90ca
