Webb hittar 8,5 miljarder år gammal manetgalax

I data från James Webb-teleskopet har ett team lett från University of Waterloo identifierat en kandidat till en ”manetgalax”, vars ljus lämnade den för cirka 8,5 miljarder år sedan. Objektet, som katalogiserats med en rödförskjutning på z = 1,156 och upptäckts i JWST-observationer av COSMOS-fältet, uppvisar de långa, tentakelliknande strömmar av gas och unga stjärnor som definierar manetsystem i vår närhet. Upptäckten, som publicerats under titeln ”JWST Reveals a Candidate Jellyfish Galaxy at z=1.156” i The Astrophysical Journal, förskjuter fenomenet med miljöbetingad avskalning (environmental stripping) betydligt längre bakåt i den kosmiska historien än vad astronomer tidigare kunnat bekräfta.

James Webb-teleskopets upptäckt i COSMOS-fältet

COSMOS-fältet – ett djupt och ostört område på himlen som valts ut specifikt för att det erbjuder en klar vy över svaga, avlägsna galaxer – har varit en arbetshäst för kartläggningar. Forskare granskade på nytt bildmaterial och spektroskopi från JWST i denna välstuderade region och identifierade manetkandidaten under sökandet efter tecken på galaxer som aktivt omformas av sin omgivning. Eftersom COSMOS-fältet har minimal kontaminering från förgrunden och en mycket djup täckning över flera våglängder, gör JWST:s infraröda känslighet det möjligt att se särdrag som är utsträckta och rödförskjutna på grund av det kosmologiska avståndet men som fortfarande är rumsligt upplösta.

Dr. Ian Roberts, en Banting Postdoctoral Fellow vid Waterloo Centre for Astrophysics, beskrev fyndet som oväntat: under genomgången av datasetet lade teamet märke till en avlägsen, odokumenterad galax med en omisskännlig morfologi – en kompakt kärna med långa eftersläpande filament. Kombinationen av JWST:s upplösning i det nära infraröda ljuset och COSMOS-fältets skiktade data gjorde det möjligt för teamet att mäta galaxens rödförskjutning och sammanställa en fysisk bild av ett system som genomgår aktiv avskalning i en tät miljö tidigt i universums historia.

Vad definierar en manetgalax?

Manetgalaxer är en morfologisk klass som fått sitt namn efter sina långa, tentakelliknande svansar av gas och nybildade stjärnor som släpar efter en galax i rörelse. Dessa svansar är inte dekorativa: de bildas när en galax störtar genom den heta, täta gas som fyller galaxhopar. Trycket från detta intraklustermedium som verkar på en galax interstellära gas – en process känd som ram-trycksavskalning (ram-pressure stripping) – sveper bort material från galaxen likt vind som piskar upp stänk från en bil, och lämnar efter sig utsträckta strömmar där gasen kyls ned och kollapsar till nya stjärnor.

Exempel i vårt närområde, observerade med instrument som Hubble och markbaserade teleskop, avslöjar spektakulära knutar av stjärnbildning i svansarna och ett abrupt avbrott i stjärnbildningen i galaxens skiva. Det som gör kandidaten vid z = 1,156 anmärkningsvärd är att den visar att samma fysikaliska processer var verksamma när universum var betydligt yngre, vilket innebär att miljöerna i galaxhopar kan ha varit fientliga mot galaxer tidigare än vad standardmodeller förutspått.

Bevis från James Webb-teleskopet för tidig avskalning i galaxhopar

Före denna upptäckt trodde astronomer att galaxhopar som var massiva nog att producera kraftig ram-trycksavskalning var mer sällsynta vid epoker motsvarande en rödförskjutning kring ett. Den nya kandidaten visar tydliga morfologiska tecken som stämmer överens med avskalning vid z = 1,156, vilket motsvarar en tillbakablickstid på ungefär 8,5 miljarder år. Denna tidpunkt infaller långt före den nuvarande eran av väletablerade, massiva hopar och antyder att protokluster eller täta miljöer kapabla till avskalning redan då aktivt omformade galaxer.

Implikationerna är tvåfaldiga. För det första kan miljöprocesser som släcker stjärnbildning och omvandlar gasrika spiraler till passiva galaxer i hopar ha varit effektiva tidigare och mer utbrett än vad många simuleringar förutspår. För det andra ger närvaron av en sådan galax en mekanism för att bygga upp den stora population av ”döda” galaxer som finns i dagens hopar: gasavskalning påskyndar slutet på stjärnbildningen och lämnar efter sig röda, vilande system som dominerar i hoparnas kärnor.

Hur JWST såg svansarna: bildbehandling och kontext

JWST:s instrument, som är optimerade för nära och medel-infraröda våglängder, är avgörande för att lösa upp strukturen i avlägsna galaxer vars synliga ljus har rödförskjutits till det infraröda spektrumet. I praktiken innebär det att JWST kan avbilda stjärnljuset och den stoftprocesserade strålningen som avslöjar både den kompakta stjärnkärnan och de utsträckta, svaga filamenten hos en manetgalax på kosmologiska avstånd. De omfattande kompletterande data som finns för COSMOS-fältet – från röntgenkartor som spårar het gas i galaxhopar till markbaserad spektroskopi som ger miljömässig kontext – hjälper forskare att tolka om galaxen befinner sig i en genuin tät miljö eller om den helt enkelt bara ser ut att ligga nära en sådan.

Även om artikeln presenterar objektet som en stark kandidat snarare än ett oomtvistligt fall, placerar kombinationen av morfologiska bevis och rödförskjutning den bland de tidigaste övertygande exemplen på en galax som genomgår avskalning. Uppföljande JWST-observationer och djupa röntgen- eller radiodata kan bidra till att bekräfta närvaron av ett omgivande hett medium och fastställa systemets dynamik med större säkerhet.

Varför detta fynd är viktigt för galaxernas evolution

Galaxer utvecklas genom en blandning av interna och externa processer. Interna processer – som gasförbrukning vid stjärnbildning och feedback från supernovor och aktiva kärnor – sker oavsett miljö. Externa processer, som tidvatteninteraktioner och ram-trycksavskalning, beror på omgivningen. Att hitta avskalade galaxer vid z ≈ 1,156 rubbar balansen: det visar att miljödriven transformation redan var betydelsefull när universum var ungefär hälften så gammalt som det är idag.

Detta skifte har konkreta konsekvenser för modeller av galaxbildning och utsläckning av stjärnbildning. Simuleringar som syftar till att återskapa galaxernas observerade demografi måste nu ta hänsyn till starkare eller tidigare miljöeffekter i åtminstone vissa regioner. För observationell astronomi är denna upptäckt ett bevis på att JWST kan urskilja samspelet mellan galaxer och deras miljöer vid tillbakablickstider som tidigare endast var tillgängliga som suddiga eller integrerade signaler.

Nästa steg: bekräfta kandidaten och kartlägga dess grannskap

James Webb-teleskopet fortsätter att leverera överraskningar när forskarteam bearbetar stora kartläggningsfält som COSMOS med ny känslighet och upplösning. Varje nyligen identifierat objekt vid hög rödförskjutning är inte bara en datapunkt, utan ett verktyg för att utforska de fysikaliska processer som formar galaxer över kosmisk tid, och manetkandidaten vid z = 1,156 är ett tydligt exempel på hur en djup infraröd blick omformar vår berättelse om det unga universumet.

Källor

• The Astrophysical Journal (forskningsartikel: "JWST Reveals a Candidate Jellyfish Galaxy at z=1.156")
• University of Waterloo (Waterloo Centre for Astrophysics)
• James Webb Space Telescope (NASA/ESA/CSA-observationer)
• COSMOS (Cosmic Evolution Survey)