30 11 月, 2022

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韦伯的新照片阐明了银河群的形成

飞涨 / 分离不同波长的光使我们能够跟踪物质朝向和远离地球的运动。

一组研究人员正在发表一篇基于韦伯太空望远镜拍摄的新图像的论文。 这些图像揭示了早期宇宙中物质的密集集中,这可能表明星系团形成的早期阶段。 多亏了现有的光谱仪,韦伯能够确认哈勃先前拍摄的许多星系也是该星团的一部分。 它甚至追踪了现存最大的星系发出的气体流动。

光谱图

这项工作的主要设备是 NIRSpec,以及 近红外光谱仪 这是 Webb 工具包的一部分。 尽管该工具本身非常先进,但它的操作原理很重要,可以操作手机的相机之类的东西。

在这些消费类相机中,传感器记录可见光谱三个不同区域的亮度:红色、绿色和蓝色。 结果图像是通过组合这些信息创建的,图像的不同区域对于这些颜色中的每一种都具有不同的强度。

分光光度计还通过跟踪光谱的有限区域中的光强度来工作。 主要区别在于成像光谱的片段远小于整个颜色范围,例如蓝色。 在这种情况下,它们根本不是颜色的一部分——所有波长都在光谱的红外区域。 然而,就像相机产生的 RGB 图像一样,光谱的每个部分都可以单独分析,也可以组合成包含广泛光谱范围的完整“彩色”图像。

为什么分光光度计可用于观察远处的物体? 有两种方法对这项研究至关重要。 首先是来自早期宇宙的光由于宇宙在到达地球时的膨胀而变成红色。 因此,具有紫外线等波长的高能光子逐渐被拉伸,直到被韦伯记录为红外光子。 确切地知道它们被拉伸了多少可以告诉我们到物体的距离,我们需要知道当前的波长来确定这一点。 光谱仪提供此信息。

光谱仪提供的第二个主要功能是跟踪移动的材料。 所有元素都有一组特定的光发射波长。 但是,如果它们相对于观察者处于运动状态,由于多普勒效应,该波长要么是红色的,要么是蓝色的,会稍微改变波长(这种效应是对距离引起的红移的补充)。 因此,通过识别特定元素的排放并观察它们如何变化,我们可以追踪这些原子的运动,即使是在很远的距离上。

密集星团中的活跃星系

对于这项新工作,韦伯被引导到一个所谓的类星体或活跃的银河核心。 它非常明亮,因为物质围绕星系中心的超大质量黑洞运行时产生的所有光。 在这种情况下,名为 J1652 的类星体被确定为非常红色,这表明它的光已急剧变为红色,因此我们会看到它在早期宇宙中的样子。

韦伯的成像证实 J1652 的红色是由于大的红移; 红移的值 z ≈ 3,这意味着该星系被视为存在于 110 亿年前。 人们认为,这是银河系演化的关键时刻,超大质量黑洞发出的巨大能量开始从银河系中喷出形成恒星的物质,结束了恒星的形成。

光谱数据的另一个惊人结果是,在哈勃图像的同一区域中检测到的至少三个其他物体似乎具有相同的红移。 这意味着它们是靠近 J1652 的额外星系。 鉴于整个成像区域跨越 85,000 光年,这代表了非常高的星系浓度。 (相比之下,银河系的直径超过 100,000 光年,尽管它比这些早期星系大得多。)

除了确认距离外,韦伯的数据还使研究人员能够追踪以适当波长发射的电离氧原子。 这些数据中可见的红色和蓝色变化表明,类星体正在向地球大致喷出物质,方向相反,这与通常从黑洞形成的两个喷流一致。 喷出的大量物质也与类星体形成可以通过将原材料炸开来结束恒星形成的观点相一致。

但研究人员似乎对一般区域内极高密度的星系更感兴趣。 根据存在的物质数量,研究人员推断出暗物质的数量,并得出结论,这是一个与我们迄今为止想象的一样稠密的宇宙区域,他们认为这是两种不同物质融合的产物. 光环;

arXiv 文件。 摘要编号: 2210.10074 (关于 arXiv)。 在《天体物理学杂志快报》上发表。

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