Fysikere løser puslespil om gammel galakse fundet af Webb-teleskopet

Sidste september opdagede James Webb Space Telescope, eller JWST, JWST-ER1g, en massiv gammel galakse, der blev dannet, da universet kun var en fjerdedel af sin nuværende alder. Overraskende nok er en Einstein-ring forbundet med denne galakse. Det er fordi JWST-ER1g fungerer som en linse og bøjer lys fra en fjern kilde, som så fremstår som en ring – et fænomen kaldet stærk gravitationslinser, forudsagt i Einsteins generelle relativitetsteori.

Den samlede masse indesluttet i ringen har to komponenter:stjerne- og mørkt stofkomponenter.

"Hvis vi trækker stjernemassen fra den samlede masse, får vi den mørke stofmasse inde i ringen," sagde Hai-Bo Yu, professor i fysik og astronomi ved University of California, Riverside, hvis hold har offentliggjort nyt arbejde om JWST-ER1g i tidsskriftet The Astrophysical Journal Letters . "Men værdien for massen af ​​mørkt stof ser ud til at være højere end forventet. Dette er forvirrende. I vores papir giver vi en forklaring."

En mørk stof-halo er den glorie af usynligt stof, der gennemsyrer og omgiver en galakse som JWST-ER1g. Selvom mørkt stof aldrig er blevet opdaget i laboratorier, er fysikere overbeviste om, at mørkt stof, som udgør 85 % af universets stof, eksisterer.

"Når almindeligt stof - uberørt gas og stjerner - kollapser og kondenserer til den mørke stof-halo af JWST-ER1g, kan det komprimere haloen, hvilket fører til en høj tæthed," sagde Demao Kong, en andenårs kandidatstuderende ved UCR, hvem har ledet analysen. "Vores numeriske undersøgelser viser, at denne mekanisme kan forklare den høje tæthed af mørkt stof af JWST-ER1g - mere mørkt stofmasse i samme volumen, hvilket resulterer i højere tæthed."

Ifølge Daneng Yang, en postdoc-forsker ved UCR og medforfatter på papiret, giver JWST-ER1g, der blev dannet 3,4 milliarder år efter Big Bang, "en fantastisk chance for at lære om mørkt stof."

"Dette stærke linseobjekt er unikt, fordi det har en perfekt Einstein-ring, hvorfra vi kan få værdifuld information om den samlede masse i ringen, et kritisk trin for at teste mørkt stofs egenskaber," sagde han.

Lanceret juledag i 2021, NASAs JWST er et kredsende infrarødt observatorium. Også kaldet Webb er den designet til at besvare spørgsmål om universet. Det er det største, mest komplekse og kraftigste rumteleskop, der nogensinde er bygget.

"JWST giver os en hidtil uset mulighed for at observere gamle galakser dannet, da universet var ungt," sagde Yu. "Vi forventer at se flere overraskelser fra JWST og snart lære mere om mørkt stof."

Undersøgelsen blev støttet af John Templeton Foundation og det amerikanske energiministerium.

Titlen på open access-forskningspapiret er "Cold Dark Matter and Self-interacting Dark Matter Interpretations of the Strong Gravitational Lensing Object JWST-ER1."

Flere oplysninger: Demao Kong et al., Cold Dark Matter and Self-interacting Dark Matter Interpretations of the Strong Gravitational Lensing Object JWST-ER1, The Astrophysical Journal Letters (2024). DOI:10.3847/2041-8213/ad394b

Journaloplysninger: Astrofysiske journalbreve

Leveret af University of California - Riverside