NASA Webb i Hubble łączą się, aby stworzyć najbardziej kolorowy obraz wszechświata

https://chat.openai.com/c/de5c3def-7d31-49b0-bd44-3d61675a3ae5

Rezultat: żywy krajobraz galaktyk oraz kilkanaście nowo odkrytych i zmiennych w czasie obiektów.

Kiedy dwa główne obserwatoria łączą się, ujawniają bogactwo nowych szczegółów, które można osiągnąć jedynie dzięki ich połączonej mocy. Webb i Hubble połączyli siły, aby zbadać gromadę galaktyk MACS0416, położoną około 4,3 miliarda lat świetlnych od Ziemi. Połączone dane dają pryzmatyczną panoramę błękitu i czerwieni, czyli kolorów, które dają wskazówki dotyczące odległości galaktyk. Chociaż samo zdjęcie jest oszałamiające, badacze już wykorzystują te obserwacje do wspierania nowych odkryć naukowych, w tym identyfikacji nadmuchanych grawitacyjnie supernowych i niewidzialnych zwykłych gwiazd.

To bezpośrednie porównanie gromady galaktyk MACS0416 widzianej przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a w świetle optycznym (po lewej) i Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba w świetle podczerwonym (po prawej) ujawnia różne szczegóły. Obydwa zdjęcia zawierają setki galaktyk, jednak zdjęcie internetowe przedstawia galaktyki, które nie są widoczne lub są ledwo widoczne na zdjęciu Hubble’a. Dzieje się tak dlatego, że obraz Webba w podczerwieni pozwala wykryć galaktyki, które są zbyt odległe lub zakurzone, aby Hubble mógł je zobaczyć. (Światło odległych galaktyk ulega przesunięciu ku czerwieni w wyniku ekspansji Wszechświata.) Całkowity czas ekspozycji Webba wyniósł około 22 godzin w porównaniu do 122 godzin czasu ekspozycji zdjęcia Hubble’a. Źródło obrazu: NASA, ESA, Kanadyjska Agencja Kosmiczna, STScI

Kosmiczne Teleskopy Webba i Hubble’a łączą się, tworząc kolorowy obraz Wszechświata

NASA’S Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba I Kosmiczny teleskop Hubble Połączyli siły, aby zbadać rozszerzającą się gromadę galaktyk znaną jako MACS0416. Powstały obraz panchromatyczny łączy światło widzialne i podczerwone, tworząc jeden z najbardziej wszechstronnych widoków Wszechświata, jakie kiedykolwiek widziano. Znajdująca się około 4,3 miliarda lat świetlnych od Ziemi MACS0416 to para zderzających się gromad galaktyk, które ostatecznie połączą się, tworząc większą gromadę.

Szczegóły są widoczne dzięki wbudowanej mocy teleskopowej

Zdjęcie ukazuje bogactwo szczegółów, które można było uzyskać jedynie dzięki połączeniu mocy dwóch teleskopów kosmicznych. Obejmują one dużą grupę galaktyk poza gromadą oraz zestaw źródeł zmieniających się w czasie, najprawdopodobniej na skutek soczewkowania grawitacyjnego – zniekształcenia i wzmocnienia światła z odległych źródeł tła.

Było to pierwsze z zestawu bezprecedensowych, niezwykle głębokich widoków Wszechświata uzyskanych w ramach ambitnego, wspólnego programu Hubble’a o nazwie Frontier Fields, który rozpoczął się w 2014 roku. Hubble był pionierem w poszukiwaniach najsłabszych i najmłodszych galaktyk, jakie kiedykolwiek odkryto. Widzenie w podczerwieni Webba znacznie poprawia ten widok głębi, sięgając głębiej do wczesnego Wszechświata za pomocą widzenia w podczerwieni.

Powyższe zdjęcie gromady galaktyk MACS0416 uwypukla szczególną galaktykę tła soczewkowaną grawitacyjnie, która istniała około 3 miliardy lat po Wielkim Wybuchu. Galaktyka ta zawiera obiekt tranzytujący, czyli obiekt, którego obserwowana jasność zmienia się w czasie, który zespół naukowy nazwał „Mothra”. Mothra to gwiazda powiększona co najmniej 4000 razy. Zespół uważa, że ​​Mothra jest wzmacniana nie tylko przez grawitację gromady galaktyk MACS0416, ale także przez obiekt znany jako „soczewka milli”, który prawdopodobnie waży mniej więcej tyle, co gromada kulista gwiazd. Źródło obrazu: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Uniwersytet Missouri)

„Korzystamy z dziedzictwa Hubble’a, wypychając go na większe odległości i słabsze obiekty” – powiedział Rogier Windhorst z Arizona State University, główny badacz programu PEARLS (Principle Extragalactic Regions for Reionization and Lensing Science), w ramach którego zebrano obserwacje Webba.

Zrozumienie kolorów obrazu i celów naukowych

Aby uzyskać obraz, ogólnie rzecz biorąc, krótsze fale światła były niebieskie, dłuższe fale były czerwone, a pośrednie fale były zielone. Szeroki zakres długości fal, od 0,4 do 5 mikronów, zapewnia szczególnie żywy obraz galaktyk.

Kolory te dają wskazówki co do odległości galaktyk: niebieskie galaktyki są stosunkowo blisko i często wykazują intensywne powstawanie gwiazd, co najlepiej wykrywa Hubble, podczas gdy czerwone galaktyki są zwykle bardziej odległe, jak odkrył Webb. Niektóre galaktyki również wydają się bardzo czerwone, ponieważ zawierają duże ilości kosmicznego pyłu, który ma tendencję do pochłaniania bardziej niebieskich kolorów światła gwiazd.

„Pełny obraz nie stanie się jasny, dopóki dane Webba nie zostaną połączone z danymi z Hubble’a” – powiedział Windhorst.

Odkrycia naukowe i „Galaktyka Choinkowa”

Chociaż nowe obserwacje Webba przyczyniają się do takiego poglądu estetycznego, służą one konkretnym celom naukowym. Zespół badawczy połączył trzy okresy obserwacji, każdy oddzielony tygodniami, z czwartym okresem z badania CANUCS (Canadian Unbiased Cluster Survey (NIRISS)). Celem było poszukiwanie obiektów, których obserwowana jasność zmienia się w czasie, zwanych stanami przejściowymi.

Zidentyfikowali 14 takich stanów przejściowych w całym polu widzenia. 12 z tych stanów przejściowych zlokalizowano w trzech galaktykach, które zostały silnie wzmocnione przez soczewkowanie grawitacyjne i są to prawdopodobnie pojedyncze gwiazdy lub układy wielogwiazdowe, które zostały przez krótki czas silnie wzmocnione. Pozostałe dwa stany przejściowe znajdują się w znacznie większych galaktykach tła i prawdopodobnie są supernowymi.

Zdjęcie gromady galaktyk MACS0416 wykonane w świetle widzialnym przez teleskopy ACS i WFC3 na teleskopie Hubble’a oraz w świetle podczerwonym przez kamerę NIRCam na pokładzie Webba, ze strzałkami kompasu, podziałką i kluczem kolorów w celach informacyjnych.
Strzałki kompasu północnego i wschodniego pokazują kierunek obrazu na niebie. Zauważ, że relacja pomiędzy północą a wschodem na niebie (widziana z dołu) jest odwrócona w stosunku do strzałek kierunkowych na mapie Ziemi (patrząc z góry).
Pasek skali jest wskazany w minutach łuku, czyli kącie na niebie równym jednej 60. stopnia. (Pasek skali ma długość pół minuty kątowej.) Pełny obraz ma szerokość około 2,2 minuty.
To zdjęcie pokazuje długości fal światła widzialnego i bliskiej podczerwieni przełożone na kolory. Klucz kolorów przedstawia filtry Hubble ACS, WFC3 i Webb NIRCam, które zostały użyte podczas zbierania światła. Kolor nazwy każdego filtra to kolor światła widzialnego używanego do reprezentowania światła przechodzącego przez ten filtr.
Źródło obrazu: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Uniwersytet Missouri)

„Nazywamy MACS0416 Choinkową Gromada Galaktyki, ponieważ jest tak kolorowa i ze względu na migające światła, które znajdziemy w jej wnętrzu. Wszędzie widzimy stany przejściowe” – powiedziała Haojing Yan z Uniwersytetu Missouri-Columbia, główna autorka książki artykuł opisujący odkrycia naukowe.

Znalezienie tak wielu stanów przejściowych podczas obserwacji obejmujących stosunkowo krótki okres czasu sugeruje, że astronomowie mogliby znaleźć wiele dodatkowych stanów przejściowych w tej grupie i innych podobnych poprzez regularne obserwacje za pomocą Webba.

Unikalne, przelotne odkrycie: „Mothra”

Wśród stanów przejściowych zidentyfikowanych przez zespół jeden wyróżniał się szczególnie. Znajduje się w galaktyce, która istniała około 3 miliardy lat po Wielkim Wybuchu i została powiększona co najmniej 4000. Zespół nazwał układ gwiazd „Mothra” ze względu na jego „potworną naturę”, ponieważ jest niezwykle jasny i niezwykle powiększony. Dołącza do innej gwiazdy, którą badacze wcześniej zidentyfikowali i nazwali „Godzillą”. (Zarówno Godzilla, jak i Mothra to gigantyczne potwory znane w japońskim kinie jako kaiju.)

Co ciekawe, Mothrę widać także w obserwacjach Hubble’a przeprowadzonych dziewięć lat temu. Jest to niezwykłe, ponieważ aby znacznie powiększyć gwiazdę, potrzebne jest bardzo specyficzne ustawienie gromady galaktyk na pierwszym planie i gwiazdy tła. Wzajemne ruchy gwiazdy i gromady miały ostatecznie wyeliminować to ustawienie.

Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest to, że w przednim zespole znajduje się dodatkowy korpus, który zapewnia większe powiększenie. Zespołowi udało się ograniczyć jej masę do masy od 10 000 do 1 miliona mas Słońca. Jednak dokładna natura tak zwanej „soczewki milli” pozostaje nieznana.

„Najbardziej prawdopodobnym wyjaśnieniem jest obecność gromady kulistej gwiazd, która jest zbyt słaba, aby Webb mógł ją bezpośrednio zobaczyć” – powiedział José Diego z Instytutu Fizyki w Kantabrii w Hiszpanii, główny autor artykułu szczegółowo opisującego odkrycia. „Ale nie znamy jeszcze prawdziwej natury tego dodatkowego obiektywu”.

Yan i in. Artykuł został przyjęty do publikacji w the Dziennik astrofizyczny. Diego i in. Artykuł ukazał się w Astronomia i astrofizyka.

Pokazane tutaj dane Webba uzyskano w ramach programu PEARLS GTO 1176.

Bibliografia:

„JWST Pearls: Transients in the MACS J0416.1-2403 Field” autorstwa Haojing Yan, Ziyuan Ma, Pang Zheng Sun, Lifan Wang, Patrick Kelly, Jose M. Diego, Seth H. Cohen, Rogier A. Windhorst, Rolf A. Janssen, Norman A. Grogina, Johna F. Beckom, Christopher J. Conselius, Simon B. Kierowca, Brenda Fry, Dan Coe, Madeline A. Marshall, Anton Quikemore, Christopher N. A. Wilmer, Aaron Robotham, Jordan C. J. de Silva, Jake Summers, Mario Nonino, Nor Pierzkal, Russell E. Ryan Jr., Rafael Ortiz III, Scott Tompkins, Rachana A. Bhatawdekar, Cheng Cheng, Adi Zitrin, S.P. Wilner, zaakceptowali, Dziennik astrofizyczny.
arXiv:2307.07579

Odniesienie: „Perła JWST: Mothra, nowa gwiazda kaiju przy z = 2,091 silnie wzmocniona przez MACS0416 i jej implikacje dla modeli ciemnej materii” autorstwa Jose M. Diego, Bangzheng Sun, Haoqing Yan, Lucas J. Furtak, Eric Zachrisson, Liang Dai, Patrick Kelly, Mario Nonino, Nathan Adams, Ashish K. Mina, Stephen B. Wilner, Adi Zittrain, Seth H. Cohen, Jordan C.J. de Silva, Rolf A. JansenJake SummersRoger A. Windhorsta, Dana Coe, Christophera J. Conselici, Simon B. Kierowca, Brenda Fry, Norman A. Grogen, Anton M. Quickmore, Madeleine A. Marshall, Noor Pierzkal, Aaron Robotham, Michael J. Rutkowski, Russell E. Ryan, Scott Tompkins, Christopher N. A. Wilmer i Rachana Bhatawdekar, 32 października 2023 r., Astronomia i astrofizyka.
doi: 10.1051/0004-6361/202347556

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba jest wiodącym na świecie obserwatorium nauk o kosmosie. Webb rozwiązuje tajemnice naszego Układu Słonecznego, spogląda poza odległe światy wokół innych gwiazd i bada tajemnicze struktury i pochodzenie naszego wszechświata oraz nasze w nim miejsce. WEB to międzynarodowy program prowadzony przez NASA wraz z partnerami Europejską Agencją Kosmiczną (ESA).Europejska Agencja Kosmiczna) i Kanadyjska Agencja Kosmiczna.

Kosmiczny Teleskop Hubble’a to projekt międzynarodowej współpracy NASA i Europejskiej Agencji Kosmicznej. Teleskop obsługuje Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda w Greenbelt w stanie Maryland. Instytut Naukowy Teleskopów Kosmicznych (STScI) w Baltimore w stanie Maryland prowadzi operacje naukowe na Hubble’u i Webbie. STScI jest obsługiwany dla NASA przez Stowarzyszenie Uniwersytetów Badań nad Astronomią w Waszyngtonie