Webb und Hubble der NASA ergeben zusammen den farbenprächtigsten Blick auf das Universum

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Das Ergebnis: eine lebendige Galaxienlandschaft sowie mehr als ein Dutzend neu entdeckte und zeitlich veränderliche Objekte.

Wenn sich zwei große Observatorien zusammenschließen, enthüllen sie eine Fülle neuer Details, die nur durch ihre gemeinsame Leistung erreicht werden könnten. Webb und Hubble haben sich zusammengetan, um den Galaxienhaufen MACS0416 zu untersuchen, der etwa 4,3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Ihre kombinierten Daten ergeben ein prismatisches Panorama aus Blau und Rot, Farben, die Hinweise auf die Entfernungen von Galaxien geben. Während das Bild selbst atemberaubend ist, nutzen Forscher diese Beobachtungen bereits, um neue wissenschaftliche Entdeckungen zu unterstützen, einschließlich der Identifizierung gravitativ aufgeblasener Supernovae und unsichtbarer gewöhnlicher Sterne.

Dieser direkte Vergleich des Galaxienhaufens MACS0416 aus der Sicht des Hubble-Weltraumteleskops im optischen Licht (links) und des James-Webb-Weltraumteleskops im Infrarotlicht (rechts) zeigt unterschiedliche Details. Beide Bilder enthalten Hunderte von Galaxien, das Web-Bild zeigt jedoch Galaxien, die im Hubble-Bild nicht oder kaum sichtbar sind. Dies liegt daran, dass Webbs Infrarotsicht Galaxien erkennen kann, die zu weit entfernt oder zu staubig sind, als dass Hubble sie sehen könnte. (Licht von entfernten Galaxien ist aufgrund der Expansion des Universums rotverschoben.) Webbs Gesamtbelichtungszeit betrug etwa 22 Stunden, verglichen mit 122 Stunden Belichtungszeit für das Hubble-Bild. Bildquelle: NASA, ESA, Canadian Space Agency, STScI

Die NASA-Weltraumteleskope Webb und Hubble ergeben zusammen einen farbenfrohen Blick auf das Universum

NASA‚S James Webb-Weltraumteleskop Und Hubble-Weltraumteleskop Sie haben sich zusammengetan, um einen expandierenden Galaxienhaufen namens MACS0416 zu untersuchen. Das resultierende panchromatische Bild kombiniert sichtbares und infrarotes Licht, um eine der umfassendsten Ansichten des Universums zu ergeben, die jemals gesehen wurden. MACS0416 befindet sich etwa 4,3 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt und ist ein Paar kollidierender Galaxienhaufen, die sich schließlich zu einem größeren Haufen vereinen werden.

Details werden durch die eingebaute Teleskopkraft sichtbar gemacht

Das Bild offenbart eine Fülle an Details, die nur durch die Kombination der Leistung zweier Weltraumteleskope erreicht werden konnte. Dazu gehören eine große Gruppe von Galaxien außerhalb des Clusters und eine Reihe von Quellen, die sich im Laufe der Zeit ändern, was höchstwahrscheinlich auf den Gravitationslinseneffekt zurückzuführen ist – die Verzerrung und Verstärkung des Lichts von entfernten Hintergrundquellen.

Dies war der erste einer Reihe beispielloser, ultratiefer Ansichten des Universums aus Hubbles ehrgeizigem Gemeinschaftsprogramm namens Frontier Fields, das 2014 startete. Hubble leistete Pionierarbeit bei der Suche nach einigen der schwächsten und jüngsten Galaxien, die jemals entdeckt wurden. Webbs Infrarotsicht verbessert diese Tiefensicht erheblich, indem er mit seiner Infrarotsicht weiter in das frühe Universum vordringt.

Dieses Bild des Galaxienhaufens MACS0416 zeigt eine besondere Hintergrundgalaxie mit Gravitationslinseneffekt, die etwa 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierte. Diese Galaxie enthält ein Transitobjekt oder ein Objekt, dessen beobachtete Helligkeit sich im Laufe der Zeit ändert und das das Wissenschaftsteam „Mothra“ nannte. Mothra ist ein Stern, der mindestens um den Faktor 4.000 vergrößert wird. Das Team geht davon aus, dass Mothra nicht nur durch die Schwerkraft des Galaxienhaufens MACS0416 verstärkt wird, sondern auch durch ein Objekt namens „Milli-Linse“, das wahrscheinlich etwa so viel wiegt wie ein Kugelsternhaufen. Bildquelle: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Universität von Missouri)

„Wir bauen auf Hubbles Erbe auf, indem wir in größere Entfernungen und schwächere Objekte vorstoßen“, sagte Rogier Windhorst von der Arizona State University, Hauptforscher des PEARLS-Programms (Principal Extragalactic Regions for Reionization and Lensing Science), das Webbs Beobachtungen übernahm.

Bildfarben und wissenschaftliche Ziele verstehen

Um das Bild zu erstellen, waren im Allgemeinen die kürzeren Wellenlängen des Lichts blau, die längeren Wellenlängen rot und die mittleren Wellenlängen grün. Der große Wellenlängenbereich von 0,4 bis 5 Mikrometer ermöglicht ein besonders lebendiges Bild von Galaxien.

Diese Farben geben Hinweise auf die Entfernung von Galaxien: Blauere Galaxien sind relativ nahe und zeigen oft eine intensive Sternentstehung, die am besten mit Hubble nachgewiesen werden kann, während rötlichere Galaxien tendenziell weiter entfernt sind, wie Webb herausfand. Einige Galaxien erscheinen auch sehr rot, weil sie reichlich kosmischen Staub enthalten, der dazu neigt, die blaueren Farben des Sternenlichts zu absorbieren.

„Das vollständige Bild wird erst klar, wenn die Webb-Daten mit den Hubble-Daten kombiniert werden“, sagte Windhorst.

Wissenschaftliche Erkenntnisse und der „Christmas Tree Galaxy Cluster“

Während Webbs neue Beobachtungen zu dieser ästhetischen Sichtweise beitragen, verfolgen sie einen bestimmten wissenschaftlichen Zweck. Das Forschungsteam kombinierte die drei jeweils um Wochen getrennten Beobachtungszeiträume mit einem vierten Zeitraum aus der CANUCS-Umfrage (Canadian Unbiased Cluster Survey (NIRISS)). Ziel war es, nach Objekten zu suchen, deren beobachtete Helligkeit im Laufe der Zeit variiert, sogenannte Transienten.

Sie identifizierten 14 dieser Transienten im gesamten Sichtfeld. Zwölf dieser Transienten befanden sich in drei Galaxien, die durch Gravitationslinsen stark verstärkt werden, und sind wahrscheinlich Einzelsterne oder Mehrsternsysteme, die kurzzeitig stark verstärkt werden. Die verbleibenden zwei Transienten befinden sich in viel größeren Hintergrundgalaxien und sind wahrscheinlich Supernovae.

Bild des Galaxienhaufens MACS0416, aufgenommen im sichtbaren Licht von Hubbles ACS und WFC3 und im Infrarotlicht von Webbs NIRCam, mit Kompasspfeilen, Maßstabsleiste und Farbschlüssel als Referenz.
Die Nord- und Ost-Kompasspfeile zeigen die Richtung des Bildes am Himmel an. Beachten Sie, dass die Beziehung zwischen Norden und Osten am Himmel (von unten gesehen) im Verhältnis zu den Richtungspfeilen auf der Erdkarte (von oben gesehen) umgekehrt ist.
Der Maßstabsbalken wird in Bogenminuten angezeigt, einem Winkel am Himmel, der einem 60stel Grad entspricht. (Der Maßstabsbalken ist eine halbe Bogenminute lang.) Das Gesamtbild ist etwa 2,2 Minuten breit.
Dieses Bild zeigt die sichtbaren und nahinfraroten Wellenlängen des Lichts, übersetzt in Farben. Der Farbschlüssel zeigt die Hubble ACS-, WFC3- und Webb NIRCam-Filter, die beim Sammeln des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, das zur Darstellung des Lichts verwendet wird, das durch diesen Filter fällt.
Bildquelle: NASA, ESA, CSA, STScI, Jose M. Diego (IFCA), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Jake Summers (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Haojing Yan (Universität von Missouri)

„Wir nennen MACS0416 den Weihnachtsbaumhaufen der Galaxie, weil er so bunt ist und wegen dieser blinkenden Lichter, die wir in ihm finden. Wir können die Transienten überall sehen“, sagte Haojing Yan von der University of Missouri-Columbia, Hauptautor von ein Aufsatz, der die wissenschaftlichen Erkenntnisse beschreibt.

Die Entdeckung so vieler Transienten mit Beobachtungen, die sich über einen relativ kurzen Zeitrahmen erstrecken, deutet darauf hin, dass Astronomen durch regelmäßige Beobachtungen mit dem Webb viele weitere Transienten in dieser und ähnlichen Gruppen finden könnten.

Einzigartige flüchtige Entdeckung: „Mothra“

Unter den vom Team identifizierten Transienten stach einer besonders heraus. Es befindet sich in einer Galaxie, die etwa 3 Milliarden Jahre nach dem Urknall existierte, und wurde um mindestens den Faktor 4.000 vergrößert. Das Team nannte das Sternensystem „Mothra“ in Anspielung auf seine „monströse Natur“, da es extrem hell ist und extrem vergrößert. Es schließt sich einem anderen Stern an, den Forscher zuvor identifiziert und „Godzilla“ genannt haben. (Sowohl Godzilla als auch Mothra sind riesige Monster, die im japanischen Kino als Kaiju bekannt sind.)

Interessanterweise ist Mothra auch in Hubble-Beobachtungen sichtbar, die vor neun Jahren gemacht wurden. Dies ist ungewöhnlich, da eine ganz bestimmte Ausrichtung zwischen dem Vordergrundgalaxienhaufen und dem Hintergrundstern erforderlich ist, um den Stern stark zu vergrößern. Die gegenseitigen Bewegungen von Stern und Sternhaufen sollten diese Ausrichtung schließlich aufheben.

Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass sich in der vorderen Baugruppe ein zusätzlicher Körper befindet, der für eine stärkere Vergrößerung sorgt. Das Team konnte seine Masse auf das 10.000- bis 1-Millionenfache der Masse unserer Sonne beschränken. Die genaue Natur der sogenannten „Milli-Linse“ bleibt jedoch unbekannt.

„Die wahrscheinlichste Erklärung ist das Vorhandensein eines Kugelsternhaufens, der zu schwach ist, als dass Webb ihn direkt sehen könnte“, sagte José Diego vom Institut für Physik in Kantabrien in Spanien, Hauptautor der Studie, in der die Ergebnisse detailliert beschrieben werden. „Aber wir kennen die wahre Natur dieser zusätzlichen Linse noch nicht.“

Yan et al. Der Artikel wird zur Veröffentlichung angenommen Die Astrophysikalisches Journal. Diego et al. Das Papier wurde veröffentlicht in Astronomie und Astrophysik.

Die hier gezeigten Webb-Daten wurden im Rahmen des PEARLS GTO 1176-Programms ermittelt.

Verweise:

„JWST Pearls: Transients in the MACS J0416.1-2403 Field“ von Haojing Yan, Ziyuan Ma, Pang Zheng Sun, Lifan Wang, Patrick Kelly, Jose M. Diego, Seth H. Cohen, Rogier A. Windhorst, Rolf A. Janssen, Norman A. Grogin, John F. Beckom, Christopher J. Conselius, Simon B. Fahrer, Brenda Fry, Dan Coe, Madeline A. Marshall, Anton Quikemore, Christopher N. A. Wilmer, Aaron Robotham, Jordan C. J. de Silva, Jake Summers, Mario Nonino, Nor Pierzkal, Russell E. Ryan Jr., Rafael Ortiz III, Scott Tompkins, Rachana A. Bhatawdekar, Cheng Cheng, Adi Zitrin, S.P. Wilner, angenommen, Astrophysikalisches Journal.
arXiv:2307.07579

Referenz: „Die Perle von JWST: Mothra, ein neuer Kaiju-Stern bei z = 2,091, stark verstärkt durch MACS0416, und seine Implikationen für Modelle der Dunklen Materie“ von Jose M. Diego, Bangzheng Sun, Haoqing Yan, Lucas J. Furtak, Eric Zachrisson, Liang Dai, Patrick Kelly, Mario Nonino, Nathan Adams, Ashish K. Mina, Stephen B. Wilner, Adi Zittrain, Seth H. Cohen, Jordan C.J. de Silva, Rolf A. Jansen, Jake Summers, Roger A. Windhorst, Dan Coe, Christopher J. Conselici, Simon B. Fahrer, Brenda Fry, Norman A. Grogen, Anton M. Quickmore, Madeleine A. Marshall, Noor Pierzkal, Aaron Robotham, Michael J. Rutkowski, Russell E. Ryan, Scott Tompkins, Christopher N. A. Wilmer und Rachana Bhatawdekar, 32. Oktober 2023, Astronomie und Astrophysik.
doi: 10.1051/0004-6361/202347556

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Weltraumobservatorium. Webb löst die Geheimnisse unseres Sonnensystems, blickt über die fernen Welten um andere Sterne hinaus und erforscht die mysteriösen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin. WEB ist ein internationales Programm, das von der NASA und ihren Partnern, der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), geleitet wird.Europäische Weltraumorganisation) und die Canadian Space Agency.

Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation. Das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, betreibt das Teleskop. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, führt wissenschaftliche Operationen auf Hubble und Webb durch. STScI wird für die NASA von der Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C. betrieben