Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил одну из самых древних галактик Вселенной
Космический телескоп Джеймс Уэбб зафиксировал одну из самых примитивных галактик из когда-либо изученных астрономами. Объект, получивший обозначение LAP1-B, находится на расстоянии более 13 миллиардов световых лет от Земли и отличается крайне необычным химическим составом. По данным исследователей, содержание кислорода в этой галактике составляет всего 1/240 от уровня, наблюдаемого на Солнце, что стало одним из самых низких показателей, когда-либо измеренных у настолько удаленных галактик.
Открытие было сделано международной группой ученых под руководством Университета Канадзавы в Японии. Для изучения объекта специалисты использовали более 30 часов наблюдений телескопа Джеймс Уэбб. По словам авторов работы, галактика LAP1-B представляет собой своеобразную «космическую капсулу времени», позволяющую увидеть, какими были первые галактики в эпоху реионизации — периоде, когда первые звезды начали освещать Вселенную.
В обычных условиях наблюдать столь тусклый и маленький объект было бы практически невозможно. Свет галактики оказался усилен более чем в сто раз благодаря эффекту гравитационной линзы. Этот феномен возникает, когда массивные скопления галактик и темной материи, расположенные между наблюдателем и удаленным объектом, искривляют пространство-время и многократно усиливают проходящий через него свет.
Исследователи считают, что LAP1-B может быть одним из лучших наблюдательных свидетельств химических условий, оставленных самыми первыми звездами Вселенной. Особое внимание ученых привлекло необычно высокое соотношение углерода к кислороду. Подобная картина соответствует компьютерным моделям, описывающим вещество, выброшенное при взрывах звезд первого поколения, сформировавшихся в эпоху, когда космос почти полностью состоял из водорода и гелия.
Сразу после Большого взрыва Вселенная действительно содержала почти исключительно водород и гелий. Более тяжелые элементы, включая кислород, углерод и железо, появились позднее внутри звезд в результате термоядерного синтеза. Когда звезды завершали жизненный цикл взрывами сверхновых, новые химические элементы выбрасывались в окружающее пространство, постепенно обогащая Вселенную.
Именно поэтому химический состав древнейших галактик считается одним из важнейших источников информации об эволюции ранней Вселенной. Чем меньше в галактике тяжелых элементов, тем ближе к начальному этапу своего формирования она, вероятно, наблюдается. В случае LAP1-B данные телескопа Джеймс Уэбб показали экстремально низкое содержание кислорода, которое ранее не удавалось зафиксировать с такой детализацией у столь удаленного объекта.
Руководитель исследования Кимихико Накадзима отметил, что подобная химическая сигнатура указывает на крайне примитивное состояние галактики, вероятно соответствующее периоду вскоре после начала звездообразования. Дополнительный интерес вызвало распределение углерода и кислорода, совпадающее с теоретическими предсказаниями для взрывов звезд Популяции III — первых звезд, возникших во Вселенной. Эти объекты до сих пор не наблюдались напрямую, однако астрономы уже много лет пытаются обнаружить их косвенные следы в древнейших галактиках.
Помимо химического состава, ученых удивила и крайне малая масса галактики. По оценкам исследователей, LAP1-B содержит менее 3300 солнечных масс, что значительно меньше по сравнению с большинством известных галактик ранней Вселенной. Это может означать, что значительная часть ее массы приходится на темную материю.
Авторы работы предполагают, что объект может быть похож на предков современных ультратусклых карликовых галактик, которые сегодня наблюдаются вокруг Млечного Пути. Подобные системы содержат очень мало звезд и давно рассматриваются астрономами как возможные «ископаемые» ранней Вселенной. Эрос Ванцелла отметил, что исследователи наблюдают крошечную область космоса размером всего в несколько десятков световых лет, где, вероятно, происходит один из самых ранних эпизодов звездообразования в среде, почти лишенной химических элементов.
Ученые подчеркивают, что обнаружение LAP1-B стало возможным исключительно благодаря сочетанию высокой чувствительности телескопа Джеймс Уэбб и эффекту гравитационного линзирования, многократно усилившего свет галактики. В последние месяцы телескоп начал выявлять и другие подобные объекты, также наблюдаемые через гравитационные линзы. По мнению астрономов, такие открытия открывают новую возможность для прямого изучения первых этапов формирования галактик и понимания того, как Вселенная эволюционировала от первых звезд к современным космическим структурам.