Астрономия

Остывшая после Большого взрыва Вселенная была наполнена холодным, нейтральным газом, заслонявшим свет звезд. К счастью, за космологическими Темными веками пришла эпоха реионизации. Первые звезды и галактики ионизировали межгалактическое пространство, и Вселенная вновь засияла. И вот ученые нашли древнейшую галактику, излучение которой реионизирует окружающий нейтральный газ.

Реионизация Вселенной протекала постепенно с формированием галактик и новых поколений звезд. Ранее считалось, что этот процесс начался примерно через 600-800 миллионов лет после Большого взрыва. Излучение древнейших галактик, обнаруженных с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», ставит под сомнение эти даты. Видимо, процесс начался гораздо раньше.

В поиске древних «реионизаторов» Вселенной ученые фокусируются на спектральных линиях водорода, а конкретно — на линиях серии Лаймана, еще точнее — линии Лайман-альфа. Под действием сильного ультрафиолетового излучения звезд водород переходит в возбужденное состояние. При возвращении в нейтральное состояние он излучает на линии Лайман-альфа.

Межгалактический газ — преимущественно водород. Когда почти весь водород ионизирован, то Лайман-альфа излучение молекул, переходящих в нейтральное состояние, не поглощается соседними молекулами, а «долетает» до нас. В контексте древней Вселенной это означает, что первичный источник ионизирующего водород излучения — галактика или звезда — был достаточно мощным, чтобы успешно реионизировать окружающее космическое пространство.

Благодаря работе орбитального телескопа «Джеймс Уэбб» астрономы выявили уже немало кандидатов в древнейшие галактики. Удалось подтвердить некоторые из них и даже найти в них кислород. Но для того, чтобы уверенно выявить линию Лайман-альфа в их сильно смещенном спектре, необходимо убедиться в этом разными методами. Наконец, это удалось.

Астрономы нашли линию Лайман-альфа в спектре излучения галактики JADES-GS-z13-1-LA (красное смещение 13,0). Мы видим галактику такой, какой она была примерно через 332 миллиона лет после Большого взрыва. С учетом сильного рентгеновского излучения от галактики наличие линии указывает на то, что этот объект — активный «производитель» ионизирующих фотонов. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Как показало компьютерное моделирование, JADES-GS-z13-1-LA наполнена молодыми (10-20 миллионов лет) звездами с низким содержанием тяжелых элементов. Светила могут быть источником ионизирующего излучения, но только при условии, что большинство из них — звезды гипотетического населения III. Судя по спектру галактики, это маловероятно.

Скорее ионизирующее излучение идет от сверхмассивной черной дыры, активно поглощающей материю в центре галактики. Эффективный радиус JADES-GS-z13-1-LA, то есть радиус области, в пределах которой излучается половина света галактики, — примерно 114 световых лет, это меньше, чем у других древних галактик. Получается, излучение как раз сосредоточено в центре.

По расчетам авторов исследования, галактика образовала вокруг себя «пузырь» ионизированного межгалактического радиусом приблизительно 650 тысяч световых лет. Сейчас не столь важен источник излучения — звезды или активное ядро галактики. Главное: JADES-GS-z13-1-LA — доказательство того, что реионизация Вселенной началась всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва. Кстати, ранее ученые выдвинули предположение, что источником значительной доли реионизирующего Вселенную излучения могли быть «сбежавшие» звезды.