Найдена древнейшая галактика, излучение которой вернуло свет в окружающую Вселенную

❋ 5.8

Остывшая после Большого взрыва Вселенная была наполнена холодным, нейтральным газом, заслонявшим свет звезд. К счастью, за космологическими Темными веками пришла эпоха реионизации. Первые звезды и галактики ионизировали межгалактическое пространство, и Вселенная вновь засияла. И вот ученые нашли древнейшую галактику, излучение которой реионизирует окружающий нейтральный газ.

Астрономия

# активное ядро галактики

# молодая Вселенная

# первые звезды

# реионизация

Карта с местоположением древней галактики JADES-GS-z13-1-LA / © ESA/Webb, NASA & CSA, JADES Collaboration, J. Witstok, P. Jakobsen, A. Pagan (STScI), M. Zamani (ESA/Webb)

Реионизация Вселенной протекала постепенно с формированием галактик и новых поколений звезд. Ранее считалось, что этот процесс начался примерно через 600-800 миллионов лет после Большого взрыва. Излучение древнейших галактик, обнаруженных с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», ставит под сомнение эти даты. Видимо, процесс начался гораздо раньше.

В поиске древних «реионизаторов» Вселенной ученые фокусируются на спектральных линиях водорода, а конкретно — на линиях серии Лаймана, еще точнее — линии Лайман-альфа. Под действием сильного ультрафиолетового излучения звезд водород переходит в возбужденное состояние. При возвращении в нейтральное состояние он излучает на линии Лайман-альфа.

Межгалактический газ — преимущественно водород. Когда почти весь водород ионизирован, то Лайман-альфа излучение молекул, переходящих в нейтральное состояние, не поглощается соседними молекулами, а «долетает» до нас. В контексте древней Вселенной это означает, что первичный источник ионизирующего водород излучения — галактика или звезда — был достаточно мощным, чтобы успешно реионизировать окружающее космическое пространство.

Благодаря работе орбитального телескопа «Джеймс Уэбб» астрономы выявили уже немало кандидатов в древнейшие галактики. Удалось подтвердить некоторые из них и даже найти в них кислород. Но для того, чтобы уверенно выявить линию Лайман-альфа в их сильно смещенном спектре, необходимо убедиться в этом разными методами. Наконец, это удалось.

Астрономы нашли линию Лайман-альфа в спектре излучения галактики JADES-GS-z13-1-LA (красное смещение 13,0). Мы видим галактику такой, какой она была примерно через 332 миллиона лет после Большого взрыва. С учетом сильного рентгеновского излучения от галактики наличие линии указывает на то, что этот объект — активный «производитель» ионизирующих фотонов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Иллюстрация ионизирующего излучения галактики JADES-GS-z13-1-LA в случае, если источник — активное ядро галактики (слева), или массивные звезды (справа). Вокруг объекта — «пузырь» ионизированного газа в нейтральном газе межгалактического пространства / © J. Witstok, P. Jakobsen et al., Nature (2024)

Как показало компьютерное моделирование, JADES-GS-z13-1-LA наполнена молодыми (10-20 миллионов лет) звездами с низким содержанием тяжелых элементов. Светила могут быть источником ионизирующего излучения, но только при условии, что большинство из них — звезды гипотетического населения III. Судя по спектру галактики, это маловероятно.

Скорее ионизирующее излучение идет от сверхмассивной черной дыры, активно поглощающей материю в центре галактики. Эффективный радиус JADES-GS-z13-1-LA, то есть радиус области, в пределах которой излучается половина света галактики, — примерно 114 световых лет, это меньше, чем у других древних галактик. Получается, излучение как раз сосредоточено в центре.

По расчетам авторов исследования, галактика образовала вокруг себя «пузырь» ионизированного межгалактического радиусом приблизительно 650 тысяч световых лет. Сейчас не столь важен источник излучения — звезды или активное ядро галактики. Главное: JADES-GS-z13-1-LA — доказательство того, что реионизация Вселенной началась всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва. Кстати, ранее ученые выдвинули предположение, что источником значительной доли реионизирующего Вселенную излучения могли быть «сбежавшие» звезды.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Автор специализируется на популяризации астрономии и астрофизики. Пишет о строении Вселенной, космологических теориях и новых открытиях, раскрывая суть явлений и идей современного научного знания.