Il primo campo profondo di Webb. Migliaia di galassie inondano questa immagine ad alta risoluzione nel vicino infrarosso dell'ammasso di galassie SMACS 0723. Crediti:NASA, ESA, CSA, STScI
Utilizzando il James Webb Space Telescope (JWST), i ricercatori del team canadese NIRISS Unbiased Cluster Survey (CANUCS) hanno identificato gli ammassi globulari più distanti mai scoperti. Questi densi gruppi di milioni di stelle possono essere reliquie che contengono le prime e le più antiche stelle dell'universo.
La prima analisi della prima immagine Deep Field di Webb, che raffigura alcune delle prime galassie dell'universo, è pubblicata oggi su The Lettere del diario astrofisico .
"JWST è stato costruito per trovare le prime stelle e le prime galassie e per aiutarci a comprendere le origini della complessità nell'universo, come gli elementi chimici e gli elementi costitutivi della vita", afferma Lamiya Mowla, Dunlap Fellow presso il Dunlap Institute for Astronomy &Astrophysics presso l'Università di Toronto e co-autore principale dello studio. "Questa scoperta nel primo campo profondo di Webb sta già fornendo uno sguardo dettagliato alla prima fase di formazione stellare, confermando l'incredibile potenza di JWST."
Nell'immagine dettagliata del primo campo profondo di Webb, i ricercatori si sono concentrati su quella che hanno soprannominato "la galassia Sparkler", che si trova a nove miliardi di anni luce di distanza. Questa galassia ha preso il nome dagli oggetti compatti che appaiono come piccoli punti giallo-rossi che la circondano, chiamati dai ricercatori "scintillii". Il team ha ipotizzato che queste scintille potrebbero essere giovani ammassi che formano attivamente stelle - nati tre miliardi di anni dopo il Big Bang al culmine della formazione stellare - o vecchi ammassi globulari. Gli ammassi globulari sono antiche raccolte di stelle dell'infanzia di una galassia e contengono indizi sulle sue prime fasi di formazione e crescita.
Dalla loro analisi iniziale di 12 di questi oggetti compatti, i ricercatori hanno determinato che cinque di loro non sono solo ammassi globulari ma tra i più antichi conosciuti.
"Guardare le prime immagini del JWST e scoprire vecchi ammassi globulari attorno a galassie lontane è stato un momento incredibile, impossibile con le precedenti immagini del telescopio spaziale Hubble", afferma Kartheik G. Iyer, Dunlap Fellow presso il Dunlap Institute for Astronomy &Astrofisica presso l'Università di Toronto e co-autore principale dello studio. "Poiché abbiamo potuto osservare le scintille su una gamma di lunghezze d'onda, potremmo modellarle e comprendere meglio le loro proprietà fisiche, come quanti anni hanno e quante stelle contengono. Ci auguriamo che la conoscenza che gli ammassi globulari possano essere osservati da così grandi le distanze con JWST stimoleranno ulteriori ricerche e ricerche di oggetti simili."
I ricercatori hanno studiato la galassia Sparkler situata nel primo campo profondo di Webb e hanno utilizzato JWST per determinare che cinque degli oggetti scintillanti intorno ad essa sono ammassi globulari. Credito:Agenzia spaziale canadese con immagini di NASA, ESA, CSA, STScI; Mowla, Iyer et al. 2022
La Via Lattea ha circa 150 ammassi globulari e come e quando si siano formati esattamente questi densi ammassi di stelle non è ben compreso. Gli astronomi sanno che gli ammassi globulari possono essere estremamente antichi, ma è incredibilmente difficile misurare la loro età. L'utilizzo di ammassi globulari molto distanti per datare in base all'età le prime stelle in galassie lontane non è mai stato fatto prima ed è possibile solo con JWST.
Lenti gravitazionali in azione. Questo fenomeno è utilizzato dagli astronomi per studiare galassie molto distanti e molto deboli. Credito:NASA, ESA e L. Calçada
"Questi ammassi appena identificati si sono formati vicino alla prima volta che è stato persino possibile formare stelle", afferma Mowla. "Poiché la galassia Sparkler è molto più lontana della nostra Via Lattea, è più facile determinare l'età dei suoi ammassi globulari. Stiamo osservando lo Sparkler com'era nove miliardi di anni fa, quando l'universo aveva solo quattro anni e mezzo. -mezzo miliardo di anni, guardare qualcosa che è successo molto tempo fa Pensalo come indovinare l'età di una persona in base al suo aspetto:è facile distinguere tra un bambino di 5 e 10 anni, ma difficile da dire la differenza tra un 50 e 55 anni."
Finora, gli astronomi non potevano vedere gli oggetti compatti circostanti della galassia Sparkler con il telescopio spaziale Hubble (HST). La situazione è cambiata con la maggiore risoluzione e sensibilità di JWST, svelando per la prima volta i minuscoli punti che circondano la galassia nella prima immagine Deep Field di Webb. La galassia Sparkler è speciale perché è ingrandita di un fattore 100 a causa di un effetto chiamato lente gravitazionale, in cui l'ammasso di galassie SMACS 0723 in primo piano distorce ciò che c'è dietro, proprio come una gigantesca lente d'ingrandimento. Inoltre, la lente gravitazionale produce tre immagini separate dello Sparkler, consentendo agli astronomi di studiare la galassia in modo più dettagliato.
"Il nostro studio dello Sparkler mette in evidenza l'enorme potenza nel combinare le capacità uniche di JWST con l'ingrandimento naturale offerto dalle lenti gravitazionali", afferma Chris Willott, responsabile del team CANUCS dell'Herzberg Astronomy and Astrophysics Research Center del National Research Council. "Il team è entusiasta di ulteriori scoperte in arrivo quando JWST rivolgerà gli occhi agli ammassi di galassie CANUCS il prossimo mese."
L'ambiente circostante della galassia Sparkler (L) e viste ravvicinate di essa. Credito:Mowla, Iyer et al. 2022
I ricercatori hanno combinato i nuovi dati della NIRCam (Near-Infrared Camera) di JWST con i dati dell'archivio HST. NIRCam rileva oggetti deboli utilizzando lunghezze d'onda più lunghe e più rosse per osservare oltre ciò che è visibile all'occhio umano e persino HST. Entrambi gli ingrandimenti dovuti alla lente dell'ammasso di galassie e l'alta risoluzione di JWST sono ciò che ha reso possibile l'osservazione di oggetti compatti.
Lo strumento canadese Near-Infrared Imager e Slitless Spectrograph (NIRISS) sul JWST ha fornito una conferma indipendente che gli oggetti sono vecchi ammassi globulari perché i ricercatori non hanno osservato le linee di emissione di ossigeno, emissioni con spettri misurabili emesse da giovani ammassi che sono attivamente formare stelle. NIRISS ha anche contribuito a svelare la geometria delle immagini a tripla lente dello Sparkler.
Confronto delle immagini di Hubble e Webb dello Sparkler e delle sue scintille. Credito:Mowla, Iyer et al. 2022
"Lo strumento NIRISS made in Canada di JWST è stato fondamentale per aiutarci a capire come sono collegate le tre immagini dello Sparkler e dei suoi ammassi globulari", afferma Marcin Sawicki, Canada Research Chair in Astronomy, professore alla Saint Mary's University e coautore dello studio . "Vedere tre ammassi globulari dello Sparkler fotografati tre volte ha chiarito che stanno orbitando attorno alla galassia Sparkler piuttosto che trovarsi di fronte ad essa per caso."
Analisi dei candidati dei cluster globulari. Credito:Mowla, Iyer et al. 2022
JWST osserverà i campi CANUCS a partire da ottobre 2022, sfruttando i dati JWST per esaminare cinque enormi ammassi di galassie, attorno ai quali i ricercatori si aspettano di trovare altri sistemi simili. Studi futuri modelleranno anche l'ammasso di galassie per comprendere l'effetto del lensing ed eseguire analisi più solide per spiegare le storie di formazione stellare.
Le istituzioni che collaborano includono la York University e le istituzioni negli Stati Uniti e in Europa. La ricerca è stata supportata dall'Agenzia spaziale canadese e dal Consiglio di ricerca di scienze naturali e ingegneria del Canada. + Esplora ulteriormente
