Астрономы не могут объяснить, как этот свет пробился сквозь туман ранней Вселенной
Международная группа астрономов обнаружила яркое водородное излучение, исходящее от галактики, расположенной в необычно ранний период космической истории, благодаря беспрецедентной инфракрасной чувствительности космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST). Это открытие бросает вызов существующим теориям о раннем формировании галактик и поднимает вопросы об эволюции Вселенной на ее начальных этапах.
Объект, получивший название JADES-GS-z13-1, был обнаружен на изображениях, полученных камерой ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) телескопа «Уэбб» в рамках программы JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey). Астрономы определили его расстояние с помощью красного смещения — метода, измеряющего растяжение света при его прохождении через расширяющуюся Вселенную. Первоначальная оценка показала, что красное смещение составляет 12,9, что соответствует наблюдению галактики в том виде, в каком она была всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва.
Чтобы подтвердить эти данные, команда под руководством Йориса Витстока из Кембриджского университета и Центра космического рассвета при Копенгагенском университете использовала спектрограф ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) «Уэбба». Спектроскопические наблюдения подтвердили, что галактика имеет красное смещение 13,0, что еще раз подтверждает ее чрезвычайную удаленность. Однако самым удивительным моментом стало обнаружение интенсивного излучения Лайман-альфа — сигнала, испускаемого атомами водорода, который, согласно существующим моделям, не должен быть заметен в столь молодой Вселенной.
Профессор Роберто Майолино из Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона объяснил значение этого явления: Ранняя Вселенная была окутана плотным туманом нейтрального водорода. Эта дымка начала рассеиваться в процессе, известном как реионизация, который завершился примерно через миллиард лет после Большого взрыва. Однако JADES-GS-z13-1 существует в эпоху, когда большая часть этого тумана, как ожидается, еще присутствовала. Тот факт, что мы наблюдаем четкое излучение Лайман-альфа, является совершенно неожиданным и противоречит существующим теоретическим моделям.
В эпоху реионизации огромные облака нейтрального водорода поглощали ультрафиолетовое излучение первых галактик, не позволяя свету легко уходить. Только когда образовалось достаточное количество звезд, излучающих энергию, достаточную для ионизации газа, эти излучения могли свободно распространяться в пространстве.
Обнаружение Лайман-альфа излучения в JADES-GS-z13-1 предполагает, что его окружение уже было реионизовано в чрезвычайно раннее время, что говорит о том, что процессы реионизации происходили быстрее или по-другому, чем предсказывалось ранее.
Согласно нашему нынешнему пониманию эволюции Вселенной, мы не должны были обнаружить подобную галактику так скоро, — комментирует Кевин Хейнлайн из Университета Аризоны. Если представить себе раннюю Вселенную как густой туман, то обнаружить такое четкое излучение от столь далекой галактики — все равно что увидеть луч маяка, пробивающийся сквозь туман.
Происхождение этого излучения Лаймана-альфа в JADES-GS-z13-1 до сих пор не совсем ясно. Среди предложенных гипотез — возможность того, что в галактике находится популяция звезд первого поколения, известных как звезды популяции III. Считается, что эти звезды были значительно массивнее, горячее и ярче современных, и их ультрафиолетовое излучение могло быстро ионизировать окружающий газ. Другое правдоподобное объяснение заключается в том, что в галактике находится активное галактическое ядро, питаемое одной из первых сверхмассивных черных дыр.
Исследование, опубликованное в журнале , бросает вызов современной космологии и открывает новые пути для изучения реионизации Вселенной. Космический телескоп «Джеймс Уэбб», совместный проект НАСА, Европейского космического агентства (ЕКА) и Канадского космического агентства (ККА), продолжает демонстрировать свою способность революционизировать наше понимание космоса, предоставляя важнейшие сведения о самых ранних главах космической истории и нашем месте во Вселенной.