Самая ранняя Вселенная была темным местом. Он был наполнен водородом, блокирующим свет, и ничем больше. Только когда первые звезды включились и начали освещать свое окружение УФ-излучением, свет начал свое царствование. Это произошло в эпоху реионизации.
Но прежде чем Вселенная стала хорошо освещенной, тьму пронзил особый и загадочный тип света: излучения Лаймана-альфа.
Несмотря на то, что ранняя Вселенная была слишком темной, чтобы свет мог проходить сквозь преобладающий в ней непрозрачный газ, астрономы все же обнаружили некоторые линии Лайман-альфа до того, как в Эпоху реионизации зажглись огни. Откуда это? Это был важный вопрос, оставшийся без ответа, над которым многие размышляли.
Эмиссия Лайман-альфа происходит в УФ-диапазоне и исходит от атомов водорода, когда их электроны переходят в определенное энергетическое состояние. Спектральные линии Лайман-альфа являются частью того, что астрономы называют лесом Лайман-альфа. Лес представляет собой серию линий поглощения, исходящих от водорода в далеких астрономических объектах. Когда их свет проходит через газовые облака с разными красными смещениями, он создает лес линий Лайман-альфа.
«Объяснение удивительного обнаружения Лайман-альфа в этих ранних галактиках является серьезной задачей для внегалактических исследований», — пишут авторы некоторых новых исследований.
Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy и, возможно, нашло ответ. Ее название — «Расшифровка Лайман-альфа-излучения вглубь эпохи реионизации». Ведущий автор — Каллум Виттен, исследователь из Института космологии Кавли при Кембриджском университете в Великобритании.
«Одной из самых загадочных проблем, которые представили предыдущие наблюдения, было обнаружение света атомов водорода в самой ранней Вселенной, который должен был быть полностью заблокирован первозданным нейтральным газом, образовавшимся после Большого взрыва», — сказал Виттен в прессе. выпускать. «Ранее было предложено множество гипотез, объясняющих столь масштабный выброс этого «необъяснимого» излучения».
Но теперь в городе появился новый космологический шериф: космический телескоп Джеймса Уэбба.
JWST был создан с возможностью заглянуть в ранние дни Вселенной. Это было одной из основных движущих сил всех усилий. Способность JWST улавливать фотоны, испускаемые звездами в первых галактиках на ранних этапах существования Вселенной, открыла новое окно в раннюю Вселенную и ведет нас к ответам на многие давние вопросы. JWST обладает как чувствительностью, так и угловым разрешением, позволяющим отслеживать древний свет обратно к его источнику.
«Здесь мы воспользовались уникальными преимуществами изображений с высоким разрешением и высокой чувствительностью, полученными камерой ближнего инфракрасного диапазона космического телескопа Джеймса Уэбба, чтобы показать, что все галактики в выборке излучателей Лайман-альфа с красным смещением> 7 имеют близких спутников», — исследователи напишите в их газете. Это важный момент, имеющий огромные последствия.
Изображения JWST излучателя Лайман-Альфа LAE EGSY8p68 показывают больше деталей, чем предыдущие наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл. Разрешающая способность JWST позволяет обнаружить скопление более мелких и тусклых галактик вокруг ярких галактик в LAE EGSY8p68, которые HST не смог увидеть. Этот регион гораздо более оживленный и густонаселенный, с большим количеством активного звездообразования.
«Там, где Хаббл видел только большую галактику, Уэбб видит скопление более мелких взаимодействующих галактик, и это открытие оказало огромное влияние на наше понимание неожиданного выброса водорода из некоторых из первых галактик», — сказал соавтор исследования Серджио Мартин. -Альварес из Стэнфордского университета.
Ранние галактики были потрясающими производителями звезд и были богатым источником выбросов Лайман-альфа. Большую часть выбросов блокировал первичный нейтральный водород, заполнявший пространство между галактиками в ранней Вселенной. О чем говорит нам тот факт, что большинство излучателей Лайман-Альфа (LAE) являются галактиками с близкими соседями?
По мнению авторов, это говорит нам о том, что за выбросами Лайман-альфа стоят галактические слияния и их обильное звездообразование. Моделирование слияния галактик создало макет JWST-изображения, которое удивительно похоже на настоящее JWST-изображение взаимодействующих галактик.
Для проверки своей идеи исследователи использовали моделирование галактических слияний и взаимодействий под названием Азахар. Азахар показал, что по мере накопления звездной массы и формирования звезд в этих ранних галактиках произошли две вещи. Звезды испустили излучение Лайман-альфа и создали пузыри и каналы ионизированного водорода в блокирующем свет нейтральном водороде. Пузыри и каналы пропускали выбросы Лайман-альфа.
Это исследование показывает, что в ранней Вселенной было больше галактических слияний, чем мы могли видеть до запуска JWST. Эти слияния и взаимодействия, а также порожденное ими обильное звездообразование несут ответственность как за создание выбросов Лайман-альфа, так и за создание пути для них из плотного, непрозрачного нейтрального водорода, который доминировал в молодой Вселенной.
Короче говоря, высокая скорость слияния галактик в молодой Вселенной ответственна за загадочные выбросы Лайман-альфа.
Исследователи еще не закончили. Они планируют более детальные наблюдения галактик на разных стадиях слияния, чтобы еще больше развить свою идею.
