Младенческие галактики ранней Вселенной прошли через несколько фаз звездообразования и породили большое количество ионизирующего излучения. Однако находясь так далеко от нас, изучить их содержимое до сих пор было очень сложно. Один из способов сделать это — использовать эффект гравитационного линзирования, который возникает, когда огромные массы, такие как скопления галактик, отклоняют, усиливают и умножают свет от далеких источников, позволяя нам увидеть их.
Недавно международная команда с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба проанализировала Арку Космических Самоцветов — очень молодую галактику под названием SPT0615-JD1, которая благодаря эффекту гравитационного линзирования предстает перед нами в виде искаженной дуги с сильной светимостью. Мы видим ее такой, какой она была, когда Вселенной было около 460 миллионов лет.
В арке космических самоцветов, первоначально обнаруженной на снимках телескопа «Хаббл» в 2018 году, «Джеймс Уэбб» выявил пять звездных скоплений, которые уже были гравитационно связаны. Размер каждого из скоплений составляет около 3-4 световых лет, так что это очень плотные скопления, в тысячу раз плотнее, чем типичные молодые скопления, которые мы наблюдаем в локальной Вселенной.
Это первое на сегодняшний день открытие звездных скоплений в столь молодой галактике в ранней Вселенной.
Где образовались первые звезды и как они были распределены
В нашем Млечном Пути мы видим древние шаровые скопления звезд, связанные гравитацией и сохранившиеся в течение миллиардов лет. Это древние остатки интенсивного звездообразования в ранней Вселенной, но мы до сих пор не знаем точно, где и когда они образовались.
Поэтому обнаружение массивных молодых звездных скоплений в галактике, образовавшейся менее чем через 500 миллионов лет после Большого взрыва, дает прекрасное представление о ранних стадиях процесса, который мог привести к формированию шаровых скоплений. С помощью «Джеймса Уэбба» мы буквально смотрим на то, где образовались первые звезды и как они распределены, подобно тому, как «Хаббл» используется для изучения местных галактик.
Справа: скопление галактик SPT-CL J0615-5746. Слева: увеличение части фотографии справа, показывающее две галактики, деформированные эффектом гравитационного линзирования. Арка Космических самоцветов содержит несколько скоплений галактик.
Скопления, обнаруженные в этой очень молодой галактике, массивны, плотны и расположены в очень маленьком регионе, но при этом они дают большую часть ультрафиолетового света от галактики-хозяина. Эта особенность поможет ученым лучше понять, как новорожденные галактики формировали свои звезды и где образовались шаровые скопления.
Ларри Брэдли из Научного института космического телескопа, руководитель программы наблюдений «Уэбб», в рамках которой были получены эти данные, сказал: «Ни один другой телескоп не смог бы сделать это открытие».
Что означает открытие этих скоплений?
Эти результаты важны главным образом по двум причинам:
- Скопления, обнаруженные «Уэббом», являются предшественниками шаровых скоплений, которые мы наблюдаем сегодня и которым уже почти столько же лет, сколько Вселенной. Поэтому они могут помочь нам понять природу и прошлую историю соседних скоплений.
- Такие молодые звездные скопления в процессе своего формирования могут нарушать межзвездную среду галактики-хозяина, а их звезды играют ключевую роль в процессе реионизации Вселенной.
В будущем команда надеется собрать выборку галактик с похожими характеристиками, что, по мнению ученых, вполне вероятно, произойдет, чтобы углубить наше понимание первобытных галактик и даже предшественников скоплений, которые мы видим сегодня.
Тем временем команда готовится к дальнейшим спектроскопическим наблюдениям с помощью «Уэбба». Фактически, она планирует изучить эту галактику с помощью приборов NIRSpec и MIRI в рамках третьего цикла наблюдений. Наблюдения NIRSpec позволят подтвердить красное смещение галактики и изучить ультрафиолетовое излучение звездных скоплений. Данные MIRI, с другой стороны, позволят изучить свойства ионизированного газа.
