Телескоп "Джеймс Уэбб" помог ученым разглядеть рождение древнейших галактик

По стандартной модели, галактики формируются из агрегатов звезд и первичного нейтрального атомарного водорода. Агрегаты притягивают газ, который накапливается в окрестностях — ореолы — галактик. Со временем он остывает, и в самых плотных его областях начинают появляться новые звезды.

Фото: ESA by Euclid Consortium is licensed under CC BY-SA 3.0

Поэтому для изучения становления первых галактик необходимо увидеть эти газовые облака.

Обычно ученые ищут так называемые "звездные колыбели" газа по радиолинии водорода с длиной волны приблизительно 21 см. К сожалению, этот метод не подходит для исследования ранней Вселенной из-за недостаточной интенсивности излучения. Вместо этого для таких задач используется другая спектральная линия водорода — линия Лайман-альфа. При этом ученые чаще всего выявляют не само излучение, а его поглощение газовыми облаками. Сам источник излучения находится еще дальше.

На основе степени поглощения линии Лайман-альфа исследователи из университета Копенгагена выбрали три галактики в ранней истории Вселенной. Поиск вели с помощью открытых баз данных наблюдений космического телескопа "Джеймс Уэбб". Было выбрано десятки кандидатов, из которых отобрали три объекта с наиболее достоверной информацией.

Три выбранные галактики: CEERS-43833, в состоянии через 572 миллиона лет после Большого взрыва (красное смещение (z) 8,76), MACS0647 — спустя 467 миллионов лет после Большого взрыва (z = 10,17), CEERS-16943 — через 398 миллионов лет после Большого взрыва (z = 11,4).

Один из вопросов заключался в том, что поглощение линии водорода могло быть обусловлено обычным разбросанным газом в межгалактическом пространстве. Также оставалась возможность того, что каждая из этих галактик просто находится в регионе с повышенной плотностью газа. Для проверки этого авторы провели компьютерное моделирование.

Оказалось, что для такой степени поглощения плотность газа в окрестностях должна была быть примерно в 30-50 раз выше среднего уровня — что является несбыточным. Впрочем, около первой галактики было обнаружено скопление газа, однако его плотность была лишь в пять раз выше "нормы" — недостаточно для объяснения наблюдаемых данных. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.

По оценкам ученых, у всех трех галактик очень молодые звезды, возраст которых не превышает 100 миллионов лет. Общая звездная масса составляет 108-109 солнечных масс. При этом масса окружающих их "оболочек" из газа превышает массу звезд в два-семь раз, и это лишь минимальная оценка. Внутри самих галактик также потенциально присутствует межзвездный газ, который не виден. Следовательно, общая масса этих объектов может быть значительно больше.

"Можно сказать, что это первые изображения формирования галактик, полученные "непосредственно". Ранее "Джеймс Уэбб" демонстрировал нам галактики на более поздних стадиях развития, а теперь мы видим их зарождение, а, следовательно, формирование первых звездных систем во Вселенной," — пояснил Каспер Элм Хейнтс из Института Нильса Бора, главный автор исследования.

Исследовательская группа попросила выделить им больше времени на работу с телескопом "Джеймс Уэбб". Они надеются получить более точные данные наблюдений за выбранными галактиками и расширить свои возможности для изучения космоса ближе к точке отправления.