Stockholms universitet
Institutionen för astronomi

Nålar i universums höstack: JWST letar efter de första galaxerna

I en studie ledd av Pablo Pérez-González vid Centro de Astrobiología i Spanien, med medverkande forskare från Institutionen för astronomi vid Stockholms universitet, upptäcktes nyligen nio galaxer som är kandidater till att vara de mest avlägsna galaxerna vi någonsin detekterat. Genom att använda bilder tagna med NIRCam-instrumentet på rymdteleskopet James Webb (JWST) kunde dessa galaxer särskiljas från mer närbelägna objekt. Ljuset från de här galaxerna skickades ut bara 100-200 miljoner år efter Big Bang, vilket gör att de skulle kunna vara några av de första galaxerna som bildades I universum.

Färgbild av det observerade fältet.
Färgkompositbild av data som använts i studien. I den här bilden har forskarna kombinerat data i tre olika fotografiska filter för att skapa en trefärgsbild. De olika färgkanalerna kommer från NIRCam-data i filter vid 3.6 (rött), 2.0 (grönt), och 1.5 (blått) mikrometer. Bilderna i de olika filtren täcker inte riktigt samma yta, vilket medför att kanterna ser blå och gröna ut. I bilden, som täcker en yta motsvarande 2% av en fullmåne, finns ungefär 100000 galaxer. Bild: ESA/Webb, NASA & CSA, Pablo Peréz-González.

Genom att ta bilder med mycket långa exponeringstider i olika fotografiska filter kan astronomer effektivt hitta de mest avlägsna galaxerna. Unga, nybildade, galaxer innehåller stjärnor som skickar ut mest av sitt ljus som synligt och ultraviolett ljus. Vid våglängder ännu kortare än ultraviolett, vid det så kallade Lyman-hoppet (Lyman Break) är de mörka. När galaxer befinner sig mycket långt bort, vid höga rödförskjutningar (z), skiftas Lyman-hoppet till längre våglängder och de blir osynliga i bilder tagna i blått ljus. Till exempel, galaxer som skickat ut sitt ljus för 1.5 miljarder år sedan blir osynliga i synligt ljus men kan observeras i filter för infrarött ljus. Astronomer kallar dessa galaxer för “drop-outs”. Ju rödare filtret är som galaxen blir osynlig i, desto längre bort ligger den.

För att få en slutgiltig bekräftelse på hur långt bort galaxen ligger behövs spektroskopi, men eftersom den typen av observation är mycket dyrare i exponeringstid och dessutom bara kan utföras på några få galaxer samtidigt så används kartläggningsstudier med bilder som ett första steg. Genom att använda dropout-tekniken kunde Hubble-teleskopet hitta galaxer med rödförskjutningar upp till 10. Med JWST, som observerar rödare våglängder i infrarött, har många fler (och mer) avlägsna galaxer upptäckts. Den mest avlägsna galaxen som bekräftats med spektroskopi från JWST vi känner till har en rödförskjutning på 14 (vilket motsvarar att ljuset från den skickades ut när universum var 300 miljoner år gammalt).

I projektet MIRI Deep Imaging Survey (MIDIS, lett av professor Göran Östlin vid Stockholms universitet), togs bilder av Hubble Ultra Deep Field med ett djup som aldrig tidigare gjorts vid våglängder längre än 5 mikrometer (med MIRI-kameran på JWST). Samtidigt användes NIRCam vid JWST i parallell-läge för att observera ett närbeläget område på himlen som tidigare observerat i en annan studie (NGDEEP). Data från båda studierna kombinerades för att nå ett djup utan motstycke (nära 90 timmar exponeringstid i filtret med längst tid) vilket gjorde det möjligt att hitta extremt avlägsna galaxer med droput-tekniken. 

Inzoomad bild på en av de avlägsna galaxerna.
En mindre del av bilden med en förstoring av en av kandidaterna. Den röda färgen på kandidaten kommer från dess höga rödförskjutning (z=17), vilket gör att den är en dropout i de blåare NIRCam-filtren. Galaxen är inte synlig i de blåare filtren och ser därför röd ut i färgkompositbilden. Bild: ESA/Webb, NASA & CSA, Pablo Peréz-González.

Jag fingranskade bilderna med en förhoppning att kanske hitta ett fåtal galaxer som ligger lite längre bort än det vi tidigare upptäckt, men blev överraskad när jag hittade nio galaxkandidater som alla ligger betydligt längre bort. JWST fortsätter att överraska oss, säger huvudförfattaren till artikeln, Pablo Pérez-González.

Efter att ha undersökt alla möjliga kandidater och felkällor kom han fram till nio säkra kandidater, sex med en rödförskjutning runt 17 (200 miljoner år efter Big Bang) och tre runt 25 (100 miljoner år efter Big Bang). Resultaten i studien indikerar att det finns fler extremt avlägsna galaxer och att bildandet av galaxer påbörjades tidigare än vad de teoretiska modellerna förutspått.

MIRI Deep Imaging Survey, och parallel-observationerna med NIRCam, designades för att tänja på gränserna för vår kunskap om  galaxer i det tidiga universum. Att hitta så extremt avlägsna galaxer överträffar våra förväntningar men påvisar kraftfullheten hos JWST i att förändra vår förståelse av universum, säger Göran Östlin.

 

Mer om projektet

The results are published in the Astrophysical Journal.

Interactive image comparing the new JWST image to previous Hubble observations.

The MIDIS survey

 

Kontakt

  • Pablo Pérez-González, Centro de Astrobiología, Spanien, pgperez@cab.inta-csic.es
  • Göran Östlin, Stockholms universitet, ostlin@astro.su.se, +46 8 553 785 13
  • Jens Melinder, Stockholms universitet, jens@astro.su.se, +46 70 6471856
 

Fakta

  • Universums expansion gör att ljuset från avlägsna galaxer blir rödare, vilket astronomer kallar rödförskjutning. Ju större avstånd, desto mer rödare blir ljuset, och ju längre tillbaka i tiden ser vi. Vid de högsta rödförskjutningar som JWST har lyckats detektera galaxer ser vi ljus från när universum bara var några hundra miljoner år gammalt. Astronomer använder bokstaven z för att representera rödförskjutningen, där faktorn 1+z anger hur mycket våglängden av ljuset har skiftats med när det observeras.
  • I en spektroskopisk observation delas ljuset från ett himlaobjekt upp i smala våglängdsintervall och ljusstyrkan kan mätas upp för varje intervall. Detta ger astronomer möjlighet att detaljstudera hur strålningen från astrofysikaliska objekt förändras som en funktion av våglängd.
  • Mer specifikt så gör ett spektrum det möjligt att mäta spektroskopiska linjer från de avlägsna objekten. Speltroskopiska linjer kommer från kvantmekaniska processer i atomer (och molekyler) and kan därmed användas för att mäta upp densiteter av olika ämnen i gasen inuti galaxer och stjärnor, temperaturen i gasen, , och många mer saker. Eftersom våglängden som en spektroskopisk linje har är känd och konstant kan detektionen av en linje dessutom användas till att exakt bestämma rödförskjutningen hos objektet som skickat ut ljuset. 
 

Detaljer om JWST och projektet

Astronomerna observerade Hubble Ultra Deep Field samt dess parallellfält som en del av ett GTO-project (ett projekt med garanterad tid) med JWST (projektnummer: 1283, “The MIRI HUDF DEEP Imaging Survey”, projektledare: Göran Östlin och Hans Ulrik Norgaard-Nielsen), samt i projektet “Galaxy mass buildup in the early universe - ultra deep imaging of the Hubble Ultra Deep Field to 10 microns” (projektnummer: 6511, projektledare: Göran Östlin).

MIDIS-projektet är ett samarbete mellan följande forskningsinstitut och universitet: Centro de Astrobiología, CSIC-INTA, Villanueva de la Cañada and Torrejón de Ardoz, Spain; Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany; Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics, Garching, Germany; Physikalisches Institut, Universität zu Köln, Germany; Université Paris-Saclay, Orsay and Gif-sur-Yvette, France; Leiden Observatory, The Netherlands; KU Leuven, Belgium; Rijksuniversiteit Groningen, The Netherlands; University of Vienna, Austria; ETH Zürich, Switzerland; Université de Liege, Belgium; LESIA, Observatoire de Paris, Meudon, France; INAF, Napoli, Italy; Dublin Institute for Advanced Studies, Ireland; UK Astronomy Technology Centre, Edinburgh, UK; University of Leicester, UK; Radboud University, Nijmegen, The Netherlands; Space Research Institute, Graz, Austria; SRON, Groningen and Leiden, The Netherlands; Stockholm University Sweden; Cosmic Dawn Center (DAWN), DTU Space, Lyngby, Denmark; Onsala Space Observatory, Sweden; Amsterdam University, The Netherlands.

Rymdteleskopet James Webb (JWST) är ett av världens bästa observatorium inom astronomi. JWST är ett internationellt teleskop som leds av NASA tillsammans med ESA (European Space Agency) och CSA (Canadian Space Agency). MIRI byggdes av ett konsortium av forskningsinstitut och universitet från nio europeiska länder (däribland Sverige) och USA. 
 

Tema
Astronomi och kosmologi - Temasida
Forskningsämne
Galaxer
Forskargrupp
Galaxgruppen

Forskare vid institutionen utför observationer från optiska våglängder till radiovåglängder, kombinerade med modellering, för att förstå hur galaxer bildades och utvecklades.

galax
Läs mer om

Senast uppdaterad: 13 oktober 2025

Sidansvarig: Institutionen för astronomi

eventNewsArticle

standard-article

false

{
  "dimensions": [
    {
      "id": "department.categorydimension.subject",
      "name": "Global categories",
      "enumerable": true,
      "entities": [],
      "localizations": {}
    },
    {
      "id": "department.categorydimension.tag.Keywords",
      "name": "Keywords",
      "enumerable": false,
      "entities": [],
      "localizations": {}
    },
    {
      "id": "department.categorydimension.tag.Person",
      "name": "Person",
      "enumerable": false,
      "entities": [],
      "localizations": {}
    },
    {
      "id": "department.categorydimension.tag.Tag",
      "name": "Tag",
      "enumerable": false,
      "entities": [],
      "localizations": {}
    },
    {
      "id": "webb2021.categorydimension.Category",
      "name": "News Category (Webb 2021)",
      "enumerable": true,
      "entities": [
        {
          "id": "webb2021.categorydimension.Category.forskning_nyheter",
          "name": "Forskning",
          "entities": [],
          "attributes": [],
          "childrenOmitted": false,
          "localizations": {}
        }
      ],
      "localizations": {}
    },
    {
      "id": "webb2021.categorydimension.Label",
      "name": "Etiketter (Webb 2021)",
      "enumerable": true,
      "entities": [
        {
          "id": "webb2021.categorydimension.Label.Astronomi",
          "name": "Astronomi och kosmologi",
          "entities": [],
          "attributes": [],
          "childrenOmitted": false,
          "localizations": {}
        }
      ],
      "localizations": {}
    },
    {
      "id": "webb2021.categorydimension.Label.en",
      "name": "Labels (Webb 2021)",
      "enumerable": true,
      "entities": [],
      "localizations": {}
    },
    {
      "id": "webb2021.categorydimension.Keyword",
      "name": "Keywords (Webb 2021)",
      "enumerable": false,
      "entities": [],
      "localizations": {}
    },
    {
      "id": "astro.lokala.kat",
      "name": "Lokala kategorier astronomi",
      "enumerable": true,
      "entities": [],
      "localizations": {}
    }
  ]
}