Телескоп "Джеймс Уэбб" обнаружил популяцию галактик, ключевых для реионизации Вселенной
С помощью данных космического телескопа "Джеймс Уэбб" астрономы идентифицировали 83 чрезвычайно компактные, но активно формирующие звёзды галактики, которые могли сыграть решающую роль в одной из важнейших фаз космической эволюции — реионизации.
Это открытие было представлено на 246-й встрече Американского астрономического общества в Анкоридже (Аляска). Оно основано на наблюдениях программы UNCOVER (Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization), проведённой с помощью инструментов "Уэбба" — NIRCam и NIRSpec.
Обнаруженные галактики находятся на красном смещении (т.е. смещении спектра в красную область из-за расширения Вселенной) z ≈ 7, что соответствует периоду примерно 800 миллионов лет после Большого взрыва. В это время Вселенная переживала ключевую физико-химическую трансформацию. В первые сотни миллионов лет космос был окутан туманом нейтрального водорода, поглощающего ультрафиолетовый свет. Реионизация положила конец этой «космической темной эпохе», превратив нейтральный газ в ионизированную плазму, прозрачную для света.
Команда под руководством Исака Вольда из NASA Goddard Space Flight Center и Catholic University of America выяснила, что эти карликовые галактики способны излучать непропорционально большое количество ультрафиолета относительно их массы. Благодаря эффекту гравитационного линзирования от скопления Abell 2744 удалось зафиксировать характерное излучение дважды ионизированного кислорода — ключевого маркера интенсивного звездообразования.
Открытие подтверждает, что именно мелкие галактики (а не крупные или сверхмассивные чёрные дыры) доминировали в эпоху реионизации.
Скопление крошечных, но мощных галактик
Галактики, обнаруженные командой NASA–UNCOVER, обладают чрезвычайно компактной структурой: чтобы достичь звездной массы, сравнимой с массой Млечного Пути, потребовалось бы от 2000 до 200 000 таких галактик. Тем не менее, они оказались одними из главных кандидатов на объяснение энергетического вклада, необходимого для реионизации Вселенной. Причина кроется в их интенсивном звездообразовании (так называемых «звездных вспышках») и малой массе, что облегчает выход ультрафиолетового излучения.
Галактики с низкой массой удерживают меньше нейтрального газа в своих окрестностях, позволяя ионизирующему излучению легче проникать через межзвездное пространство и выходить в межгалактическую среду. Кроме того, быстрые процессы звездообразования создают звездные ветры и излучение, достаточные для формирования «коридоров» в газе, что способствует выходу УФ-фотонов. Подобный механизм наблюдается и в современных галактиках, таких как «зеленые горошины» (green peas), которые выделяют до 25% своего ионизирующего излучения в окружающее пространство.
Для идентификации этих галактик астрономы использовали метод обнаружения линии излучения дважды ионизированного кислорода (OIII), который испускал зеленый свет в ранней Вселенной. По мере расширения Вселенной это излучение сместилось в инфракрасный диапазон, где его может зафиксировать телескоп "Джеймс Уэбб". Комбинация спектроскопического анализа и гравитационного линзирования позволила наблюдать объекты, которые в ином случае были бы слишком тусклыми для обнаружения, открыв новое окно в изучение древнейших галактик.
Техника гравитационного линзирования: наблюдение невидимого
Одним из ключевых элементов исследования стало использование скопления Abell 2744 в качестве гравитационной линзы. Это массивное скопление, расположенное примерно в 4 миллиардах световых лет от нас, искривляет свет от значительно более далеких объектов, усиливая их видимую яркость. Программа UNCOVER использовала эту естественную линзу для наблюдения участков неба, которые в противном случае остались бы недоступными. Таким образом, она позволила телескопу "Уэбб" зафиксировать детали чрезвычайно тусклых, но критически важных для понимания эволюции Вселенной галактик.
Полученные с помощью камеры NIRCam изображения были проанализированы для выявления точечных источников, демонстрирующих признаки активного звездообразования. Затем двадцать из этих галактик были изучены более детально с помощью спектрографа NIRSpec, что позволило получить данные о химическом составе и физических характеристиках межзвездного газа. Наличие зеленой линии ионизированного кислорода подтвердило высокую энергию происходящих процессов.
Это открытие вписывается в ряд научных исследований, для которых был создан телескоп "Джеймс Уэбб": понимание происхождения первых галактик и преобразований Вселенной в первые миллиарды лет ее существования. Результаты, полученные командой UNCOVER, позволяют предположить, что небольшие и трудноуловимые галактики оказали непропорционально большое влияние, сыграв решающую роль в процессе, сделавшем Вселенную прозрачной для света.