В далекой галактике, когда с момента Большого взрыва прошло 350 миллионов лет, ученые обнаружили следы «тяжелых» элементов. В таком количестве они могли появиться только после первых сверхновых, утверждают авторы нового исследования.
Гипотетические первые звезды (население III) состояли преимущественно из водорода и гелия. Других элементов в молодой Вселенной почти не было. Химическое разнообразие космоса увеличилось лишь после взрыва первых сверхновых. А ведь без «тяжелых» элементов не образовались бы планеты и Вселенная, какой мы ее знаем.
В стремлении понять свойства этих звезд и их сверхновых ученые проделали огромную теоретическую работу. У нас нет возможности увидеть эти объекты напрямую, потому что их «жизнь» была короткой. Зато можно засечь «химические следы» сверхновых. Астрономы ищут их как в Млечном Пути, так и в далеких галактиках.
С запуском космического телескопа «Джеймс Уэбб» исследователи получили возможность изучать физические свойства галактик с красным смещением больше 10, то есть под конец эпохи «Космического рассвета» (150-350 миллионов лет после Большого взрыва).
Ранее ученые могли лишь экстраполировать данные от наблюдений за более близкими объектами. Теперь астрофизики могут наблюдать самые ранние галактики напрямую. В первую очередь их, конечно, интересуют необычные объекты. Но в наблюдениях «Джеймса Уэбба» попадаются и «обычные» галактики.
К сожалению, чувствительности телескопа во время обзора JADES не хватило, чтобы разглядеть эмиссионные линии в спектре и выяснить физические свойства этих галактик. Поэтому в рамках программы PID 3215 телескоп настроили вести наблюдения на протяжении более 50 часов.
В новой работе, опубликованной в Astronomy & Astrophysics, ученые представили результаты первого анализа новых спектральных данных галактики GLASS-z12. Главное — в ней нашли углерод, а также засекли слабые сигналы кислорода и неона.
Мы видим эту галактику такой, какой она была через 350 миллионов лет после Большого взрыва. По словам одного из авторов исследования, это самый удаленный сигнал начилия тяжелого элемента в истории космических наблюдений.
Чтобы понять, как эти элементы образовались в галактике GLASS-z12, ученые сфокусировались на соотношении углерода к кислороду. По их расчетам, получилось значение 0,15. Это выше, чем у сверхновых типа II, и значительно выше, чем у галактик с красным смещением z = 6-9.
Объяснить такое количество углерода можно было бы большим количеством звезд на поздней стадии эволюции в истории этой галактики. Но этой стадии успели бы достичь лишь звезды с массой больше трех солнечных масс, а их сверхновые не дали бы столько углерода.
Авторы работы рассмотрели и другие версии, однако пришли к выводу, что самый вероятный источник такого соотношения углерода и кислорода — сверхновые от гипотетического первого поколения звезд.
Как объяснила Эмма Чапман, астрофизик из Имперского колледжа Лондона, после первых звезд Вселенная невероятно быстро «загрязнилась». Поэтому так сложно поймать момент, когда первые сверхновые уже взорвались, но еще не образовалось чрезмерное количество звезд с более тяжелыми элементами.
В заключение ученые отметили, что для получения этих результатов потребовались очень продолжительные наблюдения. Иначе невозможно различить сигналы столь тусклых объектов. Исследователи надеются, что будущие масштабные обзоры неба позволят подобрать еще больше «красных» кандидатов для таких продолжительных спектроскопических наблюдений.