По оценкам астрономов, на этом изображении, полученном космическим телескопом Джеймса Уэбба НАСА/ЕКА/ККА, представлено 50 000 источников ближнего инфракрасного света. Их свет преодолел различные расстояния, чтобы достичь детекторов телескопа, представляя необъятность космоса в одном изображении. Звезда на переднем плане в нашей галактике, справа от центра изображения, демонстрирует характерные дифракционные пики Уэбба. Ярко-белые источники, окруженные туманным свечением, — это галактики скопления Пандоры, конгломерата уже массивных скоплений галактик, собравшихся вместе, чтобы сформировать мегаскопление. Концентрация массы настолько велика, что ткань пространства-времени искажается под действием гравитации, создавая естественное сверхувеличительное стекло, называемое «гравитационной линзой», которое астрономы могут использовать, чтобы видеть очень далекие источники света за пределами скопления, которые в противном случае были бы необнаружимы. , даже Уэббу. Эти линзированные источники выглядят на изображении красными и часто представляют собой удлиненные дуги, искаженные гравитационной линзой. Многие из них — галактики из ранней Вселенной, содержимое которых было увеличено и растянуто для изучения астрономами. Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА, И. Лаббе (Технологический университет Суинберна), Р. Безансон (Университет Питтсбурга), А. Пэган (STScI).
Используя беспрецедентные возможности космического телескопа Джеймса Уэбба NASA/ESA/CSA, международная группа учёных получила первые спектроскопические наблюдения самых тусклых галактик в течение первого миллиарда лет существования Вселенной. Эти результаты, опубликованные в журнале Nature, помогают ответить на давний вопрос астрономов: какие источники вызвали реионизацию Вселенной? Эти новые результаты эффективно продемонстрировали, что небольшие карликовые галактики являются вероятными источниками огромного количества энергетического излучения.
Исследование эволюции ранней Вселенной является важным аспектом современной астрономии. Многое еще предстоит понять о периоде ранней истории Вселенной, известном как эпоха реионизации.
Это был период тьмы без каких-либо звезд или галактик, наполненный густым туманом из газообразного водорода, пока первые звезды не ионизировали газ вокруг себя, и сквозь него не начал распространяться свет. Астрономы потратили десятилетия, пытаясь идентифицировать источники, излучавшие достаточно мощное излучение, чтобы постепенно рассеять водородный туман, покрывавший раннюю Вселенную.
Программа «Сверхглубокие наблюдения NIRSpec и NIRCam перед эпохой реионизации» (UNCOVER) (№ 2561) включает как визуализационные, так и спектроскопические наблюдения линзирующего скопления Abell 2744. Международная группа астрономов использовала гравитационное линзирование этой цели, также известной как скопление Пандоры. , чтобы исследовать источники периода реионизации Вселенной.
Гравитационное линзирование увеличивает и искажает внешний вид далеких галактик, поэтому они сильно отличаются от тех, что на переднем плане. «Линза» скопления галактик настолько массивна, что искажает саму ткань пространства настолько, что свет от далеких галактик, проходящий через искривленное пространство, также принимает искаженный вид.
Эффект увеличения позволил команде изучить очень далекие источники света за пределами Abell 2744, обнаружив восемь чрезвычайно тусклых галактик, которые в противном случае были бы необнаружимы даже для Уэбба.
Команда обнаружила, что эти слабые галактики являются огромными производителями ионизирующего излучения, уровень которого в четыре раза превышает тот, который предполагался ранее. Это означает, что большая часть фотонов, которые реионизировали Вселенную, вероятно, пришли из этих карликовых галактик.
«Это открытие раскрывает решающую роль, которую ультратусклые галактики сыграли в эволюции ранней Вселенной», — сказала член группы Ирина Чемеринская из Парижского института астрофизики во Франции. «Они производят ионизирующие фотоны, которые превращают нейтральный водород в ионизированную плазму во время космической реионизации. Это подчеркивает важность понимания галактик малой массы в формировании истории Вселенной».
Схема ультратусклых галактик, идентифицированных в поле скопления A2744. Фото: Природа (2024 г.). DOI: 10.1038/s41586-024-07043-6
«Эти космические электростанции в совокупности излучают более чем достаточно энергии для выполнения работы», — добавил руководитель группы Хаким Атек из Парижского института астрофизики, CNRS, Университет Сорбонны, Франция, и ведущий автор статьи, описывающей этот результат. «Несмотря на свой крошечный размер, эти галактики с малой массой являются плодовитыми производителями энергетического излучения, и их численность в этот период настолько значительна, что их коллективное влияние может изменить все состояние Вселенной».
Чтобы прийти к такому выводу, команда сначала объединила данные сверхглубоких изображений Уэбба с вспомогательными изображениями Abell 2744, полученными космическим телескопом Хаббл НАСА/ЕКА, чтобы выбрать чрезвычайно слабые кандидаты в галактики в эпоху реионизации. За этим последовала спектроскопия с использованием спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Уэбба (NIRSpec). Многозатворный узел прибора использовался для получения многообъектной спектроскопии этих слабых галактик.
Впервые ученые точно измерили плотность числа этих слабых галактик и успешно подтвердили, что они являются самой многочисленной популяцией в эпоху реионизации. Это также означает, что впервые была измерена ионизирующая способность этих галактик, что позволило астрономам определить, что они производят достаточное энергетическое излучение, чтобы ионизировать раннюю Вселенную.
«Невероятная чувствительность NIRSpec в сочетании с гравитационным усилением, обеспечиваемым Abell 2744, позволила нам идентифицировать и детально изучить эти галактики первого миллиарда лет существования Вселенной, несмотря на то, что они более чем в 100 раз тусклее, чем наш собственный Млечный Путь», — продолжил Атек. .
В рамках предстоящей программы наблюдений Уэбба под названием GLIMPSE ученые получат самые глубокие наблюдения за всю историю неба. Нацеливаясь на другое скопление галактик, названное Abell S1063, можно будет идентифицировать даже более слабые галактики в эпоху реионизации, чтобы проверить, является ли эта популяция репрезентативной для крупномасштабного распределения галактик.
Поскольку эти новые результаты основаны на наблюдениях, полученных в одном поле, команда отмечает, что ионизирующие свойства слабых галактик могут проявляться по-разному, если они расположены в сверхплотных регионах. Таким образом, дополнительные наблюдения в независимой области дадут дополнительную информацию, которая поможет проверить эти выводы.
Наблюдения GLIMPSE также помогут астрономам исследовать период, известный как Космический рассвет, когда Вселенной было всего несколько миллионов лет, и развить наше понимание возникновения первых галактик.
Эти результаты были опубликованы сегодня в журнале Nature.
Информация от: Европейским космическим агентством
