Dolda stjärnor bakom Dragon Arc.

 

Bild https://www.cfa.harvard.edu   Abell 370, en galaxhop som ligger nästan 4 miljarder ljusår från jorden, har flera ljusbågar, inklusive "Drakbågen" (nedre vänstra hörnet i mitten). Dessa bågar orsakas av gravitationslinser: Ljus från avlägsna galaxer långt bakom den massiva galaxhopen som riktas mot jorden böjs runt Abell 370 av dennes massiva gravitation, vilket resulterar i förvridna bilder. Källa: NASA

Med hjälp av NASA:s James Webb Space Telescope (JWST) har postdoktoral forskare Fengwu Sun vid Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian (CfA) och hans team observerat en galax som finns nästan 6,5 miljarder ljusår från jorden. En tidpunkt då universum var hälften så gammalt som det är idag. I denna avlägsna galax identifierade teamet 44 enskilda stjärnor som blev synliga tack vare en gravitationslinsing och JWST:s höga ljusinsamlingskraft. 

Upptäckten publicerades i tidskriften Nature Astronomy och det är det största antalet enskilda stjärnor som upptäckts i universum från denna tid. Upptäckten ger möjlighet att undersöka ett av universums största mysterier  mörk materia.

"Denna banbrytande upptäckt visar för första gången att det är möjligt att studera ett stort antal enskilda stjärnor i en avlägsen galax", beskriver Sun, en av studiens författare. – Tidigare studier med rymdteleskopet Hubble har resulterat i fyndet av troligen sju stjärnor (antalet inte bekräftat) långt därute men nu har vi förmågan att urskilja stjärnor som tidigare låg utanför vår förmåga i tid och rum att observera. Att observera fler enskilda stjärnor kommer att hjälpa oss att bättre förstå mörk materia i linsplanet i dessa galaxer och stjärnor vilket vi inte kunde med bara den handfull enskilda stjärnor som tidigare observerats på detta avstånd.

CfA:s Sun upptäckte denna hop av stjärnor när de inspekterade JWST-bilder av en galax som kallas Dragon Arc och som finns längs siktlinjen från jorden bakom en massiv galaxhop som kallas Abell 370. På grund av  gravitationslinseffekt sträcker Abell 370 ut Dragon Arcs signaturspiral till en långsträckt form  som liknar en sal av speglar av kosmiska proportioner.

Forskargruppen analyserade noggrant färgerna hos var och en av stjärnorna inuti Dragon Arc och fann att flera är röda superjättar, liknande Betelgeuse i stjärnbilden Orion som är i slutskedet av sin existens. Detta står i kontrast till tidigare upptäckter som främst identifierat blå "superjättar" liknande Rigel och Deneb. Stjärnor som är bland de ljusaste stjärnorna på natthimlen. Enligt forskarna belyser denna skillnad i stjärntyper också den unika kraften i JWST-observationer vid infraröda våglängder och som gör det möjligt att avslöja stjärnor med lägre temperaturer.

"När vi upptäckte de här stjärnorna letade vi i själva verket efter en bakgrundsgalax som kunde förstoras av någon galax grnom gravitationslinsning  i den här massiva stjärnhopen", beskriver Sun. – Men när vi bearbetade datan insåg vi att det fanns vad som verkade vara många enskilda stjärnpunkter. Det var ett spännande fynd eftersom det var första gången vi kunde se så många enskilda stjärnor så långt bort.

Sun är förväntansfull inför nästa tillfälle att studera dessa röda superjättar. – Vi vet nämligen i dag mer om röda superjättar i vårt lokala galaxområde eftersom vi kan ta bättre bilder och spektra och ibland till och med urskilja stjärnorna. Vi kan använda den kunskap vi har fått genom att studera röda superjättar i vår egen galax för att tolka vad som händer härnäst för de nu funna röda jättarna långt därute tack vara Webbteleskopet och gravitationslinsfenomenet.

En galax som ser ut som Vintergatan gjorde under sin första tid

 

Bild https://webbtelescope.org/  Firefly Sparkle Galaxy och följeslagare i galaxhopen MACS J1423

I bilden ovan ses 10 distinkta stjärnhopar (se you tubefilm här om fenomenet) som rör sig likt eldflugor i bilden från NASA:s James Webb Space Telescope. De ses ingå i en kokong av diffust ljus som sänds ut av andra stjärnor som är utspridda runt dem. Galaxen har beteckningen Firefly Sparkle och blev till cirka 600 miljoner år efter big bang.

Forskare som analyserade Webbs bilder och data drog slutsatsen att Firefly Sparkle har samma massa som vår galax Vintergatan skulle haft om vi kunde "vrida tillbaka tiden" för att väga den när den höll på att bildas.

Analysen är möjlig genom en naturlig effekt som kallas gravitationslinsning som gör det möjligt för forskare att "zooma in" på extremt avlägsna objekt som är perfekt anpassade till Webbs vy. I kombination med teleskopets bilder och data i kortvågigt infrarött ljus kan astronomer studera avlägsna objekt i häpnadsväckande detalj.

Gravitationslinsing innebär att ett massivt föremål förstorar eller förvränger ljuset från föremål som ligger bakom det. Till exempel kan det kraftfulla gravitationsfältet i en massiv galaxhop böja ljusstrålarna från mer avlägsna galaxer, precis som en kameralins böjer ljus för att bilda en bild. 

”Utan den här gravitationslinsingen skulle vi inte kunna se galaxdetaljer i teleskopet", beskriver Kartheik Iyer, en av huvudförfattarna vid NASA Hubble Fellow vid Columbia University i New York.

"Vi visste att vi kunde förvänta oss det baserat på nuvarande fysik, men det är förvånande att vi faktiskt såg det." Beskriver en av medförfattarna till artikeln Lamiya Mowla biträdande professor vid Wellesley College i Massachusetts det.  En artikel publicerades den 11 december 2024 i tidskriften Nature om fyndet.