Med hjälp av massiva datamängder som samlats in via NASA:s James Webb Space Telescope har ett forskarlag under ledning av en astronom från Rutgers University-New Brunswick hittat ledtrådar till förhållandena i det tidiga universum.
Teamet har katalogiserat åldrarna på stjärnorna i galaxen Wolf-Lundmark-Melotte (WLM) och skapat den mest detaljerade bilden av den hittills, enligt forskarna. WLM, en granne till Vintergatan, är ett aktivt centrum för stjärnbildning som inkluderar gamla stjärnor som bildades för 13 miljarder år sedan.
”Genom att titta så djupt och se så tydligt har vi effektivt kunnat gå tillbaka i tiden”, säger Kristen McQuinn, biträdande professor vid institutionen för fysik och astronomi vid School of Arts and Sciences, som ledde forskningen som beskrivs i The Astrophysical Journal. ”Du går i princip på en slags arkeologisk utgrävning för att hitta de stjärnor med mycket låg massa som bildades tidigt i universums historia.”
McQuinn berömde det högpresterande beräkningsklustret Amarel, som förvaltas av Rutgers Office of Advanced Research Computing, för att ha gjort det möjligt för teamet att beräkna galaxens historia av stjärnutveckling. En aspekt av forskningen innebar att man tog en massiv beräkning och upprepade den 600 gånger, säger McQuinn.
Den stora beräkningsinsatsen bidrog också till att bekräfta teleskopkalibreringar och databehandlingsförfaranden som kommer att gynna det bredare vetenskapliga samfundet, tillade hon.
Så kallade ”lågmassagalaxer” är av särskilt intresse för McQuinn. Eftersom de tros ha dominerat det tidiga universum gör de det möjligt för forskare att studera stjärnbildningen, utvecklingen av kemiska element och stjärnbildningens inverkan på gasen och strukturen i en galax. De är svaga och utspridda över himlen och utgör majoriteten av galaxerna i det lokala universum. Avancerade teleskop som Webb ger forskarna möjlighet att titta närmare på dem.
WLM – en ”oregelbunden” galax, vilket innebär att den inte har en tydlig form, som en spiral eller ellips – upptäcktes av den tyske astronomen Max Wolf 1909 och beskrevs mer i detalj 1926 av den svenske astronomen Knut Lundmark och den brittiske astronomen Philibert Jacques Melotte. Den befinner sig i utkanten av den lokala gruppen, en hantelformad grupp av galaxer som inkluderar Vintergatan.
Att den befinner sig i utkanten av den lokala gruppen har skyddat WLM från de skador som uppstår när den blandas med andra galaxer, vilket gör att dess stjärnpopulation är i ett orört tillstånd och användbar för studier, konstaterar McQuinn. WLM är också intressant för astronomer eftersom den är ett dynamiskt, komplext system med mycket gas, vilket gör det möjligt för den att aktivt bilda stjärnor.
För att formulera galaxens stjärnbildningshistoria – den hastighet med vilken stjärnor har fötts under olika tidsepoker i universum – använde McQuinn och hennes team teleskopet för att noggrant rikta in sig på stråk på himlen som innehåller hundratusentals enskilda stjärnor. För att fastställa en stjärnas ålder mätte de dess färg – ett mått på temperaturen – och dess ljusstyrka.
”Vi kan använda det vi vet om stjärnornas utveckling och vad dessa färger och ljusstyrkor indikerar för att i princip åldersbestämma galaxens stjärnor”, säger McQuinn och tillägger att forskarna sedan räknade stjärnorna i olika åldrar och kartlade födelsetakten för stjärnor under universums historia. ”Det man får fram är en känsla av hur gammal den struktur är som man tittar på.”
Genom att katalogisera stjärnorna på detta sätt kunde forskarna visa att WLM:s förmåga att producera stjärnor fluktuerade över tiden. Teamets observationer, som bekräftar tidigare bedömningar av forskare som använder rymdteleskopet Hubble, visar att galaxen producerade stjärnor tidigt i universums historia under en period på 3 miljarder år. Den stannade upp ett tag och tändes sedan på nytt.
McQuinn säger att hon tror att pausen orsakades av förhållanden som var specifika för det tidiga universum.
”Universum på den tiden var verkligen hett”, säger hon. ”Vi tror att universums temperatur ledde till att gasen i den här galaxen värmdes upp och att stjärnbildningen avstannade under en tid. Nedkylningsperioden varade i några miljarder år och sedan började stjärnbildningen igen.”
Forskningen är en del av NASA:s Early Release Program, där utsedda forskare arbetar med Space Telescope Science Institute och utför forskning som är utformad för att belysa Webbs kapacitet och hjälpa astronomer att förbereda sig för framtida observationer.
NASA lanserade Webb-teleskopet i december 2021. Det stora spegelformade instrumentet kretsar kring solen en miljon mil från jorden. Forskare tävlar om tid på teleskopet för att studera en mängd olika ämnen, bland annat förhållandena i det tidiga universum, solsystemets historia och sökandet efter exoplaneter.
”Det finns mycket vetenskap som kommer att komma ut av det här programmet som inte har gjorts ännu”, säger McQuinn.
Andra Rutgers-forskare som deltog i studien var Max Newman, doktorand, och Roger Cohen, postdoktoral medarbetare, båda vid institutionen för fysik och astronomi, Rutgers School of Arts and Sciences.
Ytterligare information: Kristen. B. W. McQuinn et al, The JWST Resolved Stellar Populations Early Release Science Program. IV. The Star Formation History of the Local Group Galaxy WLM, The Astrophysical Journal (2024). DOI: 10.3847/1538-4357/ad1105
Lämna ett svar