Если во Вселенной и есть молодые галактики, то это те, которые сформировались примерно через 2–3 миллиарда лет после Большого взрыва. Новое исследование, проведенное с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, показывает, что эти молодые галактики необычайно горячие. Мало того, они содержат некоторые неожиданные химические элементы. Самый удивительный элемент, обнаруженный в этих галактиках, — никель.
Новые наблюдения являются частью CECILIA, что означает «химическая эволюция, ограниченная использованием ионизированных линий в межзвездных полярных сияниях». Он использует инструмент NIRSpec JWST для изучения спектров 33 галактик на z ~ 1-3. Это примерно соответствует периоду от 2 до 3 миллиардов лет после Большого взрыва. Но что интересно, спектры не изучались индивидуально; вместо этого исследователи объединили 23 из них в один составной спектр.
«Это размывает детали отдельных галактик, но дает нам лучшее представление о средней галактике. Это также позволяет нам видеть более слабые детали», — сказала Эллисон Стром из Северо-Западного университета. Стром — ведущий автор новой статьи, в которой представлены результаты СЕСИЛИИ. «Он значительно глубже и детальнее, чем любой спектр галактик, который мы могли бы собрать с помощью наземных телескопов за этот период истории Вселенной».
Новая статья называется «СЕСИЛИЯ: Спектр слабых линий излучения z ~ 2-3 галактик, образующих звезды». Оно опубликовано в The Astrophysical Journal Letters.
«Никогда в своих самых смелых мечтах я не мог себе представить, что мы увидим никель».
Доктор Элисон Стром, Северо-Западный университет
«Мы пытаемся понять, как галактики росли и менялись на протяжении 14 миллиардов лет космической истории», — сказал Стром. «Используя JWST, наша программа нацелена на молодые галактики, когда они переживали трудные времена всплесков роста и перемен. Подростки часто имеют опыт, который определяет их путь во взрослую жизнь. Для галактик то же самое».
Эта работа основана на областях звездообразования в этих молодых галактиках. Активное звездообразование производит много света. Этот свет создает туманные излучения. «Небулярные эмиссионные линии, берущие начало в областях звездообразования галактик, являются одними из самых мощных инструментов, доступных для исследования физических условий в галактиках на всех красных смещениях», — пишут авторы.
Спектральные линии небулярных выбросов напоминают галактическую ДНК. Изучение этого «химического отпечатка» в молодых галактиках дает исследователям представление о том, как формировались галактики и как будет выглядеть их будущая эволюция. Формирование и эволюция галактик — горячая тема в космической науке, а «Галактики с течением времени» — одна из главных научных целей JWST.
Объединив спектры нескольких молодых галактик, исследователи получили сверхглубокий составной спектр. Спектр содержал химические признаки восьми различных элементов: водорода, гелия, азота, кислорода, кремния, серы, аргона и никеля. В астрономии металлами называют все элементы тяжелее водорода и гелия. Обнаружение металлов в галактиках не является чем-то необычным. Но присутствие никеля становится неожиданностью.
«Никогда в своих самых смелых мечтах я не мог себе представить, что мы увидим никель», — сказал Стром. «Даже в близлежащих галактиках люди этого не наблюдают. В галактике должно быть достаточное количество элемента и подходящие условия для его наблюдения. Никто никогда не говорит о наблюдении за никелем. Чтобы мы могли их увидеть, элементы должны светиться в газе. Итак, чтобы мы могли увидеть никель, в звездах внутри галактик может быть что-то уникальное».
Галактики CECILIA также на удивление горячие. Что именно температура и присутствие никеля говорят нам об этих галактиках, еще предстоит определить. Но температура и химия связаны между собой, и оба открытия приводят к важному выводу, который JWST неоднократно подчеркивал с тех пор, как начал наблюдения.
«Это всего лишь дополнительное свидетельство того, насколько разными были галактики, когда они были моложе», — сказал Стром. «В конечном счете, тот факт, что мы видим более высокую характеристическую температуру, является всего лишь еще одним проявлением их различной химической ДНК, поскольку температура и химия газа в галактиках неразрывно связаны».
Как и ожидалось, JWST подводит нас к новому пониманию того, как формируются и развиваются галактики, а также какие типы химического состава они содержат. Это лишь один из результатов космического телескопа, который заставляет нас переосмыслить некоторые из наших теорий. Уже найдена самая старая и самая далекая из известных спектроскопически подтвержденных галактик. Также были обнаружены ранние галактики, которые сформировались более полно, чем мы думали. Он также обнаружил большие спиральные галактики, которые сформировались 11 миллиардов лет назад, гораздо раньше, чем мы думали.
Но за всеми этими сюрпризами скрываются сложность и новизна данных JWST. Как показывает это исследование, данные могут раскрыть даже больше, чем думали ученые, если их проанализировать новыми способами.
«Глубокие наблюдения, подобные тем, которые получены в рамках CECILIA и изложены здесь, будут иметь решающее значение для разработки и тестирования новых инструментов, необходимых для точной интерпретации этого огромного количества данных», — пишут исследователи в своей статье.
«JWST — все еще очень новая обсерватория», — сказал Райан Трейнор, соавтор статьи и доцент физики в колледже Франклина и Маршалла. «Астрономы всего мира все еще пытаются найти наилучшие способы анализа данных, которые мы получаем от телескопа».
Если CECILIA является каким-либо показателем того, что могут раскрыть новые методы анализа данных JWST, то изучение галактик с помощью телескопа станет только более интересным.
