Через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, в период, известный как эпоха реионизации, Вселенная была совсем другой. Газ между звездами и галактиками все еще был в основном непрозрачным, то есть материя была настолько плотной, что фотоны света не могли свободно проходить сквозь нее. Лишь позднее он стал полностью прозрачным.
Чтобы понять, верно ли то, что мы до сих пор понимали о той эпохе, и ответить на многие другие вопросы, мы пытаемся наблюдать объекты в самом начале космоса. Часто это не удается, потому что они находятся так далеко, что их свет слабый и «покрасневший» из-за явления красного смещения.
Теперь, проанализировав данные космического телескопа «Джеймс Уэбб», исследовательская группа обнаружила три галактики, которые могли активно формироваться, когда возраст Вселенной составлял всего 400-600 миллионов лет. Данные «Уэбба» показывают, что эти галактики окружены очень плотным газом, который, как предполагают исследователи, состоит почти исключительно из водорода и гелия — первых элементов, появившихся в космосе. «Сверкающие острова в нейтральном и непрозрачном море газа«, — назвал их Каспер Хайнц, руководитель исследования.
Галактики как слабые красные пятна
На снимках «Уэбба» галактики выглядят как слабые красные пятна. Поэтому решающее значение имеют спектры — дополнительные данные, полученные с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) JWST, которые дают информацию об излучении, испускаемом этими космическими объектами. Спектры, рассмотренные командой, в частности, показывают, что свет от этих галактик поглощается большим количеством нейтрального водородного газа. Соавтор работы Дарах Уотсон пояснил:
Газ должен быть очень рассеянным и покрывать очень большую часть галактики. Это говорит о том, что мы наблюдаем скопление нейтрального водородного газа в галактиках. Этот газ будет продолжать охлаждаться, сливаться и образовывать новые звезды.
То есть галактики активно формируются. Сравнив данные «Уэбба» с моделями звездообразования, исследователи также обнаружили, что в этих галактиках в основном молодые звезды. Поэтому тот факт, что они наблюдают большие запасы газа, говорит о том, что галактики еще не успели сформировать большинство своих звезд.
Открытия, сделанные благодаря научному обзору ранней стадии космической эволюции (CEERS), показывают, что приборы «Уэбба» настолько чувствительны, что способны напрямую обнаружить необычное количество плотного газа, окружающего эти ранние галактики. Газ, который, вероятно, в конечном итоге послужит топливом для формирования их новых звезд.
И это только начало
Космический аппарат «Джеймс Уэбб» не только выполнил поставленные перед ним задачи, но и превзошел их, причем всего через два года после запуска. Изображения и данные об этих далеких галактиках было невозможно получить до появления «Уэбба».
Уже с первого взгляда ученые поняли, что им удастся раскрыть секреты, которые до сих пор оставались окутанными мраком. Затем, на основе точного анализа спектров этих первобытных галактик, они смогли подтвердить, что те не могли внести существенный вклад в реионизацию, по крайней мере, на нынешних стадиях эволюции. Моделирование формирования галактик показывает, что огромные резервуары газа, окружающие молодые галактики на столь ранних этапах истории Вселенной, являются признаком продолжающегося формирования этих галактик.
Однако остается много вопросов. Мы до сих пор не знаем, где находится газ, например, в центре галактики или на периферии. И мы не знаем, является ли он чистым, есть ли в нем тяжелые элементы. Следующим шагом будет создание больших статистических выборок галактик и детальная количественная оценка распространенности и важности их особенностей.
С исследованием, опубликованным в журнале Science, можно ознакомиться в препринтной версии здесь.
