ジェイムズ ウェッブ宇宙望遠鏡は初期の宇宙を見渡し、私たち自身の天の川のような銀河を見ています

からの新しい写真[{” attribute=””>NASA’s James Webb Space Telescope (JWST) reveal for the first time galaxies with stellar bars — elongated features of stars stretching from the centers of galaxies into their outer disks — at a time when the universe was a mere 25% of its present age. The finding of so-called barred galaxies, similar to our Milky Way, this early in the universe will require astrophysicists to refine their theories of galaxy evolution.

Prior to JWST, images from the Hubble Space Telescope had never detected bars at such young epochs. In a Hubble image, one galaxy, EGS-23205, is little more than a disk-shaped smudge, but in the corresponding JWST image taken this past summer, it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar.

“I took one look at these data, and I said, ‘We are dropping everything else!’” said Shardha Jogee, professor of astronomy at The University of Texas at Austin. “The bars hardly visible in Hubble data just popped out in the JWST image, showing the tremendous power of JWST to see the underlying structure in galaxies,” she said, describing data from the Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS), led by UT Austin professor, Steven Finkelstein.

The power of JWST to map galaxies at high resolution and at longer infrared wavelengths than Hubble allows it look through dust and unveil the underlying structure and mass of distant galaxies. This can be seen in these two images of the galaxy EGS23205, seen as it was about 11 billion years ago. In the HST image (left, taken in the near-infrared filter), the galaxy is little more than a disk-shaped smudge obscured by dust and impacted by the glare of young stars, but in the corresponding JWST mid-infrared image (taken this past summer), it’s a beautiful spiral galaxy with a clear stellar bar. Credit: NASA/CEERS/University of Texas at Austin

The team identified another barred galaxy, EGS-24268, also from about 11 billion years ago, which makes two barred galaxies existing farther back in time than any previously discovered.

In an article accepted for publication in The Astrophysical Journal Letters, they highlight these two galaxies and show examples of four other barred galaxies from more than 8 billion years ago.

“For this study, we are looking at a new regime where no one had used this kind of data or done this kind of quantitative analysis before,” said Yuchen “Kay” Guo, a graduate student who led the analysis, “so everything is new. It’s like going into a forest that nobody has ever gone into.”

Bars play an important role in galaxy evolution by funneling gas into the central regions, boosting star formation.

“Bars solve the supply chain problem in galaxies,” Jogee said. “Just like we need to bring raw material from the harbor to inland factories that make new products, a bar powerfully transports gas into the central region where the gas is rapidly converted into new stars at a rate typically 10 to 100 times faster than in the rest of the galaxy.”

Bars also help to grow supermassive black holes in the centers of galaxies by channeling the gas part of the way.

このシミュレーションは、恒星のロッド (左) とロッド駆動のガス流 (右) がどのように形成されるかを示しています。 恒星棒は銀河の中心領域にガスを送り込むことで銀河の進化に重要な役割を果たし、そこでガスは銀河の他の部分よりも 10 倍から 100 倍の速さで新しい星に急速に変換されます。 バーはまた、途中でガス状の部分を誘導することにより、銀河の中心にある超大質量ブラック ホールの形成を間接的に支援します。 クレジット: Françoise Combes、パリ天文台

これらの初期の時代にバーが発見されたことで、銀河の進化のシナリオがいくつかの点で揺さぶられました。

「バーが早期に検出されたことは、銀河進化のモデルがバーを通る新しい経路を持ち、初期の段階で新しい星の生成を加速していることを意味します」と Jogee 氏は述べています。

そして、これらの初期のバーの存在は、バーの正確な量を予測するために銀河物理学を修正する必要があるため、理論モデルに挑戦します. チームは、今後の論文でさまざまなモデルをテストします。

JWST 画像のモンタージュは、棒状銀河の 6 つの例を示しており、そのうちの 2 つは、これまでに定量化および特徴付けされた最高の回復時間を表しています。 各数字の左上にあるラベルは、宇宙が現在の年齢のわずか 40% から 20% であった 84 億年から 110 億年前 (Gyr) までの各銀河の逆行時間を示しています。 クレジット: NASA/CEERS/テキサス大学オースティン校

JWST がハッブルよりも遠方の銀河の構造を明らかにできる理由は 2 つあります。1 つ目は、ミラーが大きいため集光能力が高く、より遠くをより高い解像度で見ることができることです。 第二に、ハッブル望遠鏡よりも長い赤外線波長で観測するため、ちりを通してよく見ることができます。

学部生の Eden Wise と Zilei Chen は、この研究で重要な役割を果たしました。数百の銀河を視覚的に確認し、バーがあるように見える銀河を探しました。これにより、リストを数十個に絞り込むことができ、他の研究者がより集中的な計算で分析できるようになりました。 . 近づいています。

参照: 「JWST 初期 CEERS 画像を使用した近赤外線フレームの残りの z > 1 バーの初見」 Yuchen Guo、Sharda Joji、Stephen L Finkelstein、Zili Chen、Aiden Weiss、Michaela P Bagley、Guillermo Barrow、Stegen & ウィッツ、デール D. コセフスキー、ジェハン S. カルタルテペ、エリザベス J. マクグラス、ヘンリー・C・ファーガソン、バーラム・モバチャー、マウロ・ジャバレスク、レイ・A・ルーカス、ジョージ・A・ザヴァラ、ジェニファー・M・ルッツ、ノーマン・A・グロージャン、マーク・ウエルタス・カンパニー、ジーザス・ベガ・フェレロ、ニミッシュ・P・ハティ、パブロ・アラバルハロ、マーク・ディキンソン、アントン・M・クーケモア、ケーシー・パポヴィッチ、ノル・ピルツカル、LY アーロン・ユング、ブレン・E・バックハウス、エリック・F・ベル、アントネロ・カラブロ、ニッコー・G・クリアリー、ローズマリー・T・コーガン、MC クーパー、ルカ・コンスタンティン、ダレンクロトン、ケルシー・デイビス、アレクサンドル・デ・ラ・ベガ、アヴィシャイ・デケル、マクシミリアン・フランコ、ジョナサン・P・ガードナー、ベン・W・ホルワーダ、テイラー・A・ハッチソン、ビラジ・パンディア、パブロ・G・ペレス・ゴンザレス、スワラ・ラビンドラナート、ケイトリン・ローズ、ジョナサン・R.トランプ、ウェイチェン・ワンが受け入れた、 天体物理ジャーナルレター.
arXiv: 2210.08658

オースティン大学の他の共著者は、Stephen Finkelstein、Michaela Bagley、Maximilian Franco です。 米国、英国、日本、スペイン、フランス、イタリア、オーストラリア、イスラエルの他の機関からの数十人の共著者が参加しています。

この研究の資金の一部は、ローランド K. ブランバーグ天文学基金、Heising-Simons Foundation、および NASA によって提供されました。 この作業は、アメリカの大学で最も強力なスーパーコンピューターである Frontera を含む、Texas Center for Advanced Computing のリソースを利用しました。