Les nouvelles photos de Webb éclairent la formation d’une foule galactique

Zoom / La séparation des différentes longueurs d’onde de la lumière nous permet de suivre le mouvement des matériaux vers et loin de la Terre.

Une équipe de chercheurs publie un article basé sur de nouvelles images capturées par le télescope spatial Webb. Les images révèlent une concentration dense de matière dans l’univers primitif, ce qui peut indiquer les premiers stades de la formation d’un amas de galaxies. Grâce au spectromètre existant, Webb a pu confirmer que de nombreuses galaxies précédemment imagées par Hubble faisaient également partie de l’amas. Il a même suivi le flux de gaz émis par la plus grande galaxie existante.

dessin de spectre

Les principaux dispositifs pour ce travail sont NIRspec, et spectromètre proche infrarouge Cela fait partie de la boîte à outils Webb. Bien que l’outil lui-même soit assez avancé, il fonctionne sur des principes importants pour faire fonctionner des choses comme l’appareil photo de votre téléphone portable.

Dans ces caméras grand public, les capteurs enregistrent la luminosité de trois régions différentes du spectre visible : rouge, vert et bleu. Les images résultantes sont créées en combinant ces informations, avec différentes zones de l’image ayant une intensité distincte pour chacune de ces couleurs.

Le spectrophotomètre fonctionne également en suivant l’intensité de la lumière dans une région limitée du spectre. La principale différence est que les segments du spectre imagé sont beaucoup plus petits que la gamme complète de couleurs comme le bleu. Et dans ce cas, elles ne font pas du tout partie des couleurs – toutes les longueurs d’onde se trouvent dans la région infrarouge du spectre. Cependant, tout comme les images RVB produites par une caméra, chaque partie du spectre peut être analysée individuellement ou combinée en une image « couleur » entière qui comprend une large gamme du spectre.

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Pourquoi un spectrophotomètre est-il utile pour observer des objets distants ? Deux méthodes ont été essentielles à cette étude. La première est que la lumière de l’univers primitif devient rouge en raison de l’expansion de l’univers lors de son voyage vers la Terre. Ainsi, les photons énergétiques avec des longueurs d’onde telles que l’ultraviolet sont progressivement étirés jusqu’à ce qu’ils soient enregistrés par Webb sous forme de photons infrarouges. Savoir exactement combien ils sont étirés nous indique la distance aux objets, et nous devons connaître la longueur d’onde actuelle pour le déterminer. Le spectromètre fournit ces informations.

La deuxième capacité majeure fournie par le spectromètre est le suivi des matériaux en mouvement. Tous les éléments ont un ensemble de longueurs d’onde spécifiques auxquelles la lumière est émise. Mais s’ils sont en mouvement par rapport à un observateur, cette longueur d’onde est soit rouge – soit bleue en raison de l’effet Doppler, modifiant légèrement la longueur d’onde (cet effet s’ajouterait au décalage vers le rouge causé par la distance). Ainsi, en identifiant les émissions d’un élément particulier et en voyant comment elles se déplacent, nous pouvons suivre le mouvement de ces atomes, même sur de grandes distances.

Galaxie active dans un amas dense

Pour le nouveau travail, Webb a été dirigé vers un soi-disant quasar, ou noyau galactique actif. Il est incroyablement brillant à cause de toute la lumière produite lorsque la matière orbite autour des trous noirs supermassifs au centre des galaxies. Dans ce cas, le quasar, appelé J1652, a été identifié comme étant de couleur très rouge, indiquant que sa lumière avait fortement changé en rouge, et donc nous le verrions tel qu’il était dans l’univers primitif.

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L’imagerie de Webb a confirmé que la couleur rouge de J1652 était due à un grand décalage vers le rouge ; Le décalage vers le rouge avait une valeur de z ≈ 3, ce qui signifie que la galaxie est considérée comme ayant existé il y a plus de 11 milliards d’années. On pense que ce fut une période critique dans l’évolution de la galaxie, lorsque les énergies massives émises par les trous noirs supermassifs ont commencé à éjecter de la galaxie de la matière formant des étoiles, mettant fin à la formation d’étoiles.

Un autre résultat frappant des données de spectroscopie est qu’au moins trois autres objets détectés dans la même région dans les images Hubble semblent avoir le même décalage vers le rouge. Cela signifie qu’il s’agit de galaxies supplémentaires proches de J1652. Étant donné que toute la région imagée s’étend sur 85 000 années-lumière, cela représente une très forte concentration de galaxies. (À titre de comparaison, la Voie lactée mesure plus de 100 000 années-lumière de diamètre, bien qu’elle soit beaucoup plus grande que ces premières galaxies.)

En plus de confirmer les distances, les données de Webb ont permis aux chercheurs de suivre les atomes d’oxygène ionisés, qui sont émis à une longueur d’onde appropriée. Les décalages rouges et bleus visibles dans ces données montrent que le quasar crache de la matière à peu près vers la Terre et dans la direction opposée, conformément aux deux jets qui se forment souvent à partir de trous noirs. La grande quantité de matière éjectée est également cohérente avec l’idée que la formation de quasars pourrait mettre fin à la formation d’étoiles en faisant exploser la matière première.

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Mais les chercheurs semblent plus intéressés par la densité extrêmement élevée de galaxies dans la région générale. Sur la base de la quantité de matière présente, les chercheurs ont extrapolé la quantité de matière noire et ont conclu qu’il s’agit d’une zone de l’univers aussi dense que nous l’avions imaginé jusqu’à présent, ce qui, selon eux, est le produit de la fusion de deux matières différentes. . auras ;

fichier arXiv. Numéro abstrait : 2210.10074 (À propos d’arXiv). Pour publication dans Astrophysical Journal Letters.

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