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 раскрывает тайну древнего света Космический телескоп Джеймса Уэбба: новый любимый научный инструмент человечества. Изображение предоставлено: НАСА](/wp-content/uploads/2024/01/jwst-problems-1024x576.jpg)
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.
![JWST раскрывает тайну древнего света Эта цифра из исследования помогает объяснить некоторые выводы. Верхняя левая панель и нижняя левая панель — это два изображения LAE EGSY8p68. Верхний — от JWST, а нижний — от космического телескопа «Хаббл». Более мощный JWST выявил некоторых близких галактических спутников LAE EGSY8p68. b–e — изображения из симуляции галактического слияния под названием Azahar. Два из этих смоделированных изображений представляют собой имитацию того, что увидел бы JWST, если бы наблюдал за слиянием. Эти два изображения очень похожи на настоящее изображение JWST в формате a. Изображение предоставлено: Виттен и др. 2023.](/wp-content/uploads/2024/01/Lyman-Alpha-early-Universe-1024x671.jpg)
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.