7.3K
Наблюдая две области неба с помощью космического телескопа инфракрасного диапазона NASA «Spitzer», астрономы с удивлением обнаружили, что некоторые из самых первых галактик во Вселенной были ярче, чем предсказывают модели. Открытие, по мнению авторов исследования, потенциально может раскрыть движущую силу Эпохи реионизации, главного космического события, которое превратило непрозрачный космос в блестящий звездный пейзаж, видимый сегодня. Результаты наблюдений и выводы ученых представлены в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
«Мы провели наблюдения за некоторыми из первых галактик, которые сформировались менее чем через миллиард лет после Большого взрыва, или чуть более 13 миллиардов лет назад. Данные показали, что на некоторых определенных длинах волн инфракрасного света галактики значительно ярче, чем предполагалось. Наша работа является первой, подтверждающей это явление для большой выборки галактик того периода, и показывает, что даже рядовые древние галактики на этих длинах волн были намного ярче, чем те, которые мы видим сегодня», – рассказывают авторы исследования.
Сегодня точно неизвестно, когда зажглись первые звезды во Вселенной, однако некоторые данные свидетельствуют о том, что примерно через 100–200 миллионов лет после Большого взрыва космос в основном был заполнен нейтральным водородом, который, возможно, только начал объединяться в первые светила, ставшие строительными блоками древнейших галактики.
Примерно через 1 миллиард лет после рождения Вселенная засверкала. И еще кое-что изменилось: электроны вездесущего нейтрального водорода были удалены в ходе процесса, известного как ионизация. Эпоха реионизации – переход от пространства, заполненного нейтральным водородом, к пространству с ионизированным водородом – хорошо задокументирована.
До этой трансформации длинноволновые формы света, такие как радиоволны и видимый свет, проходили через Вселенную более или менее свободно. Но более короткие длины волн света, включая ультрафиолетовый свет, рентгеновские и гамма-лучи, задерживались нейтральными атомами водорода. Эти столкновения лишали их электронов, то есть ионизировали.
Но что могло произвести достаточное количество ионизирующего излучения, чтобы воздействовать на весь водород той эпохи? Это были отдельные звезды? Гигантские галактики? Если виновниками были эти объекты, то те ранние космические поселенцы были бы отличны от большинства современных звезд и галактик, которые обычно не испускают большое количество ионизирующего излучения. С другой стороны, возможно, что-то еще могло спровоцировать это событие, например, квазары – галактики с невероятно яркими «сердцами», движущей силой которых являются сверхмассивные черные дыры с огромным количеством материала, вращающегося вокруг них.
«Это один из самых больших открытых вопросов в области наблюдательной космологии. Мы знаем, что это произошло, но чем это было вызвано? Полученные нами результаты могут быть большой подсказкой», – добавил Стефан де Баррос, ведущий автор исследования из Женевского университета (Швейцария)
В поисках света
Чтобы заглянуть в прошлое к моменту незадолго до окончания Эпохи реионизации, «Spitzer» смотрел на две области неба примерно по 200 часов, собирая свет, который путешествовал к нам более 13 миллиардов лет.
Используя эти сверхглубокие наблюдения, астрономы выявили 135 далеких галактик, которые оказались особенно яркими на двух специфических длинах волн инфракрасного света, создаваемого ионизирующим излучением, взаимодействующим с водородом и кислородом в них. Это означает, что в населении этих галактик преобладали молодые массивные звезды, состоящие в основном из водорода и гелия и содержащие очень небольшое количество «тяжелых» элементов (таких как азот, углерод и кислород) по сравнению со светилами, найденными в среднестатистических современных галактиках.
«Мы не ожидали, что «Spitzer» с зеркалом, не превышающим по диаметру обруч, сможет подобраться к истокам Вселенной. Но природа полна сюрпризов, и неожиданная яркость ранних галактик вместе с превосходными характеристиками телескопа делает их доступными для нашей маленькой, но мощной обсерватории», – сказал Майкл Вернер, ученый проекта «Spitzer» из Лаборатории реактивного движения NASA.
Космический телескоп NASA «James Webb», запуск которого запланирован на 2021 год, будет изучать Вселенную на многих длинах волн, наблюдаемых «Spitzer». Но, учитывая, что диаметр основного зеркала «Spitzer» составляет всего 85 сантиметров, а у наследника «Hubble» – 6,5 метра, что примерно в 7,5 раз больше, это позволит будущему телескопу изучить первые галактики гораздо более детально. Фактически, «James Webb» попытается обнаружить свет от первых звезд и галактик во Вселенной, и полученные данные показывают, что из-за их яркости это будет сделать легче, чем считалось ранее.
«Данные «Spitzer», безусловно, являются еще одним шагом к разгадке тайны космической реионизации. Теперь мы знаем, что физические условия в ранних галактиках были очень отличны от наблюдаемых в типичных галактиках сегодня, и задачей космического телескопа «James Webb» будет выяснение причины такого расхождения», – заключил Паскаль Ош, соавтор исследования из Женевского университета.