Изображение Джеймса Уэбба может помочь нам понять сложную химию Вселенной

На прошлой неделе космический телескоп "Джеймс Уэбб" представил свои первые снимки. Среди них — исключительное инфракрасное изображение Вселенной, самое глубокое и четкое на сегодняшний день. Это изображение скопления галактик SMACS 0723 изобилует деталями. В частности, видна далекая галактика в красном поле из ранней Вселенной. Спектрограф NIRSpec телескопа предоставил спектр, раскрывающий состав ее газа: эти новые данные могут помочь нам понять химическую эволюцию ранней Вселенной.

Из тысяч далеких галактик, расположенных за скоплением галактик SMACS 0723, NIRSpec наблюдал 48 из них по отдельности, все одновременно, в поле размером примерно с песчинку на расстоянии вытянутой руки. Эти галактики наблюдались в том виде, в котором они существовали в ранней Вселенной. Их спектры излучения имеют сходство: все они имеют линию водорода, за которой следуют две линии ионизированного кислорода; положение этой линии в спектре позволяет нам оценить красное смещение галактик и тем самым их расстояние. Одна из этих галактик была определена как самая удаленная.

Из тысяч далеких галактик, расположенных за скоплением галактик SMACS 0723, NIRSpec наблюдал 48 из них по отдельности, все одновременно, в поле размером примерно с песчинку на расстоянии вытянутой руки. Эти галактики наблюдались в том виде, в котором они существовали в ранней Вселенной. Их спектры излучения имеют сходство: все они имеют линию водорода, за которой следуют две линии ионизированного кислорода; положение этой линии в спектре позволяет нам оценить красное смещение галактик и тем самым их расстояние. Одна из этих галактик была определена как самая удаленная.

Скопление галактик SMACS 0723 выглядит так же, как и 4,6 миллиарда лет назад. Но она действует как гравитационная линза и позволила ученым наблюдать гораздо более отдаленные галактики, существовавшие в очень ранний период истории Вселенной — примерно 13,8 миллиарда лет назад.

NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) - это многообъектный дисперсионный спектрограф, работающий в ближней инфракрасной области. Он был построен компанией Astrium (дочерней компанией EADS) для Европейского космического агентства. Этот прибор может одновременно наблюдать более 100 объектов (звезд и галактик) в поле зрения 3'x3'. Это первый прибор, когда-либо отправленный в космос и обладающий такой возможностью. Благодаря ему ученые смогли установить спектры некоторых галактик.

Эти спектры показывают химический состав, температуру и плотность ионизированного газа в галактиках. Эта галактика возрастом 13,1 миллиарда лет излучает характерные линии кислорода, водорода и неона, включая особый паттерн из линии водорода и двойной линии кислорода, который ученые обнаружили в каждой из целевых галактик. "Именно так в звездах галактик производился кислород для нашего организма, и мы наблюдаем начало этого процесса", — сказала на пресс-конференции Джейн Ригби, научный сотрудник проекта "Джеймс Уэбб" в Центре космических полетов НАСА имени Годдарда.

Команда NIRSpec была особенно удивлена, получив такой подробный спектр для этого первого наблюдения глубокой Вселенной. Они надеялись наблюдать эмиссионную линию кислорода, но думали, что им придется нацелиться на десятки или даже сотни объектов, прежде чем они смогут ее обнаружить.

Эта линия кислорода особенно важна, поскольку астрономы используют ее для калибровки своих измерительных приборов; она служит своего рода стандартом. Эта практика является обычной для изучения близлежащих галактик, но до сих пор ни один ученый не смог применить ее к далеким галактикам. Теперь команда сможет интерпретировать явное преобладание различных химических отпечатков в спектре с точки зрения количества химических веществ, присутствующих в целевой галактике.

Будущие спектры других далеких галактик, предоставленные "Джеймсом Уэббом", позволят изучить эволюцию во времени пропорций различных химических элементов. Это необходимо для достижения одной из запланированных научных целей: заполнить пробелы, связанные с ранней Вселенной. Между примерно 380 000 лет после Большого взрыва и примерно миллиардом лет после него у исследователей очень мало информации.

Этот период соответствует темной эпохе Вселенной, за которой последовала реионизация. Вселенная была просто диффузной смесью водорода и гелия, постепенно собирающейся вместе, чтобы сформировать первые галактики, которые дали начало первому поколению звезд. Но из-за отсутствия данных об этом периоде, соответствующие процессы все еще остаются открытыми для обсуждения. Джеймс Уэбб способен исследовать этот загадочный период напрямую. Вскоре телескоп будет наблюдать еще более отдаленные галактики, которые, возможно, прольют свет на химию Вселенной.