Используя уникальную инфракрасную чувствительность космического телескопа «Джеймс Уэбб» НАСА, исследователи могут изучать древние галактики, чтобы раскрыть тайны ранней Вселенной. Теперь международная группа астрономов обнаружила яркое излучение водорода от галактики в неожиданно ранний период истории Вселенной. Это неожиданное открытие ставит перед исследователями задачу объяснить, как этот свет мог проникнуть сквозь густой туман нейтрального водорода, заполнявший пространство в то время.
Телескоп «Уэбб» обнаружил невероятно далёкую галактику JADES-GS-z13-1, которая, как было установлено, существует всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва. На снимках, сделанных камерой NIRCam (ближняя инфракрасная камера) телескопа «Уэбб» в рамках расширенного глубокого внегалактического исследования космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JADES), видно, что она существует всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва. Исследователи использовали яркость галактики в различных инфракрасных фильтрах, чтобы оценить её красное смещение, которое измеряет расстояние от Земли до галактики на основе того, как её свет растягивался во время путешествия через расширяющееся пространство.
Изображение A: JADES-GS-z13-1 в поле GOODS-S (изображение NIRCam)
Изображение B: JADES-GS-z13-1 (крупный план NIRCam)
С помощью NIRCam была получена первоначальная оценка красного смещения, равная 12,9. Чтобы подтвердить экстремальное красное смещение, международная команда под руководством Йориса Витстока из Кембриджского университета в Великобритании, а также Центра «Космический рассвет» и Копенгагенского университета в Дании, провела наблюдение за галактикой с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Webb.
В полученном спектре было подтверждено, что красное смещение составляет 13,0. Это означает, что галактика была видна всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва, что составляет небольшую часть от нынешнего возраста Вселенной, равного 13,8 миллиарда лет. Но также была замечена неожиданная особенность: одна конкретная, ярко выраженная длина волны света, известная как излучение Лайман-альфа, испускаемое атомами водорода. Это излучение было намного сильнее, чем астрономы предполагали возможным на этом раннем этапе развития Вселенной.
«Ранняя Вселенная была окутана густым туманом из нейтрального водорода, — объяснил Роберто Майолино, член команды из Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона. — Большая часть этого тумана рассеялась в процессе, называемом реионизацией, который завершился примерно через миллиард лет после Большого взрыва. GS-z13-1 был обнаружен, когда Вселенной было всего 330 миллионов лет, но он демонстрирует удивительно чёткую, характерную сигнатуру излучения Лайман-альфа, которую можно увидеть только после того, как окружающий туман полностью рассеялся. Этот результат оказался совершенно неожиданным с точки зрения теорий формирования ранних галактик и застал астрономов врасплох».
Изображение C: JADES-GS-z13-1 Спектральная графика
До и во время эпохи реионизации огромное количество нейтрального водородного тумана, окружавшего галактики, блокировало любой излучаемый ими энергичный ультрафиолетовый свет, подобно фильтрующему эффекту цветного стекла. До тех пор, пока не сформировалось достаточное количество звёзд, способных ионизировать водородный газ, такой свет, в том числе излучение Лайман-альфа, не мог покинуть эти молодые галактики и достичь Земли. Таким образом, подтверждение излучения Лайман-альфа из этой галактики имеет большое значение для нашего понимания ранней Вселенной.
«Мы действительно не должны были найти такую галактику, учитывая наше понимание того, как развивалась Вселенная, — сказал Кевин Хейнлайн, член команды из Университета Аризоны. — Мы могли бы представить себе раннюю Вселенную окутанной густым туманом, сквозь который было бы чрезвычайно трудно разглядеть даже мощные маяки, но здесь мы видим луч света от этой галактики, пронзающий завесу. Эта удивительная линия излучения имеет огромное значение для понимания того, как и когда Вселенная повторно ионизировалась».
Источник излучения Лайман-альфа в этой галактике пока неизвестен, но он может включать в себя первый свет от самого раннего поколения звёзд, сформировавшихся во Вселенной.
«Большой пузырь ионизированного водорода, окружающий эту галактику, мог быть создан особым типом звёзд — гораздо более массивными, горячими и яркими, чем звёзды, сформировавшиеся в более поздние эпохи, и, возможно, представляющими первое поколение звёзд», — сказал Витсток. Ещё одна возможность, выявленная командой, — мощное активное ядро галактики, управляемое одной из первых сверхмассивных чёрных дыр.
Это исследование было опубликовано в среду в журнале Nature.
Космический телескоп «Джеймс Уэбб» — это ведущая в мире обсерватория космических исследований. «Уэбб» раскрывает тайны нашей Солнечной системы, заглядывает в далёкие миры вокруг других звёзд и исследует загадочные структуры и происхождение нашей Вселенной и нашего места в ней. «Уэбб» — это международная программа, возглавляемая НАСА и его партнёрами, Европейским космическим агентством (ЕКА) и Канадским космическим агентством (ККА).