Galaxia „Misty Moons”, observată prin lentilă gravitațională, dezvăluie formarea stelară din universul timpuriu
Astronomii au identificat o galaxie poreclită „Misty Moons”, care exista atunci când universul avea mai puțin de 500 de milioane de ani. Aflată la un redshift de aproximativ 11–12, galaxia a fost amplificată de gravitația unui roi de galaxii din prim-plan, ceea ce le-a permis cercetătorilor să îi reconstruiască structura internă. Studiul a fost publicat în The Astrophysical Journal pe 19 octombrie.
Lentila gravitațională este una dintre cele mai eficiente metode de a observa universul timpuriu. Când un roi masiv de galaxii se află între observator și un obiect îndepărtat, gravitația sa curbează și amplifică lumina obiectului, acționând ca o lupă naturală uriașă. Astfel, galaxii care altfel ar fi prea slabe pentru a fi detectate devin vizibile.
Galaxii timpurii și roiurile lor stelare
Telescopul Spațial James Webb a descoperit numeroase galaxii din universul timpuriu, când acesta avea doar câteva sute de milioane de ani. Unele apar prea luminoase și conțin mult azot, deși sunt foarte mici. Luminozitatea lor ar putea oferi indicii despre roiurile globulare și despre modelele de formare stelară din acea perioadă.
Roiurile stelare din acele vremuri tind să fie sărace în elemente grele și extrem de dense — în unele cazuri de circa 1.000 de ori mai dense decât roiurile tinere din apropierea noastră. În universul local, cercetătorii măsoară eficiența formării roiurilor pentru a înțelege ce proporție din stelele nou formate ajunge în roiuri legate gravitațional. Unele studii arată că această eficiență corelează cu ritmul de formare stelară, iar galaxiile timpurii formau stele într-un ritm ridicat. Totuși, examinarea roiurilor individuale într-o galaxie atât de îndepărtată este dificilă, deoarece aceste galaxii sunt prea mici și prea departe pentru a fi rezolvate în componente.
O galaxie cu structură grumuroasă
În noul studiu, o echipă condusă de Minami Nakane de la Universitatea din Tokyo a descoperit o galaxie puternic amplificată și cu structură grumuroasă, la un redshift estimat de aproximativ 11–12. Aceasta a apărut în imaginile NIRCam ale telescopului James Webb din câmpul roiului de galaxii MACS0257-2325, fotografiat în 10 filtre de culoare, completate de imagini mai vechi ale telescopului Hubble realizate cu trei filtre. Poreclită „Misty Moons”, galaxia a apărut ca două pete (ID1 și ID2) ale aceluiași obiect. Imaginile dispar la lungimi de undă mai scurte. Intervalul de redshift plasează galaxia la aproximativ 370–410 milioane de ani după Big Bang.
Echipa a construit două modele independente de lentilă pentru a reconstrui structura internă a galaxiei. Modelele au prezis cinci imagini ale acesteia. Două dintre imaginile luminoase apar cu circa 20–30 de ori mai strălucitoare decât ar fi fără amplificare. Cercetătorii au identificat și o a treia imagine potențială, în timp ce celelalte două sunt prea slabe pentru a fi detectate. Prin netezirea imaginilor și eliminarea neclarului, au scos în evidență petele mici și luminoase, dezvăluind patru grumuri în ID1 și trei în ID2. După înlăturarea efectelor lentilei, cele două imagini s-au dovedit a avea aceeași structură.
Grumuri dense de stele tinere
Fiecare grum conține circa 10 milioane de mase solare de stele tinere, sărace în praf, cu vârste de aproximativ 40–70 de milioane de ani. Dimensiunile și masele lor seamănă cu cele ale roiurilor stelare nucleare locale și ale roiurilor masive tinere, și ar putea fi roiuri proto-globulare. Împreună, aceste grumuri ar putea reprezenta cel puțin 80% din masa stelară a galaxiei, ceea ce sugerează că formarea stelară din universul timpuriu putea fi concentrată în regiuni compacte.
Echipa notează că galaxiile de la redshift mai mare tind să fie mai grumuroase, ceea ce este în acord cu observațiile multor galaxii de acest tip la z > 6, dar contrar a ceea ce se vede în galaxiile pitice locale. „Misty Moons” formează stele intens: densitatea formării stelare este de 100 până la 10.000 de ori mai mare decât în piticele locale. Potrivit cercetătorilor, acest ritm ridicat favorizează probabil modul dominat de grumuri. Există însă și galaxii masive locale cu ritmuri ridicate de formare stelară, dar cu mult mai puține stele care ajung în roiuri. Echipa concluzionează că galaxiile grumuroase de la redshift mare sunt probabil distincte de piticele locale nu doar prin densitatea ridicată a formării stelare, ci și prin formarea scurtă și explozivă de stele din faza timpurie de formare.
Grumurile centrale sunt suficient de luminoase și de compacte încât echipa nu poate exclude contribuția unei găuri negre supermasive active. Dacă aceasta există, o parte din lumină — și deci o parte din formarea stelară dedusă — ar putea proveni din acreția găurii negre, nu din stele.
