Излучающая галактика Лайман-α EGSY8p7 в поле обзора CEERS (изображение NIRCam). Фото: Европейское космическое агентство.
Одной из ключевых миссий космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА/ЕКА/ККА является исследование ранней Вселенной. Теперь непревзойденное разрешение и чувствительность прибора NIRCam Уэбба впервые раскрыли, что находится в локальном окружении галактик в очень ранней Вселенной.
Это разрешило одну из самых загадочных загадок астрономии — почему астрономы обнаруживают свет от атомов водорода, который должен был быть полностью заблокирован первозданным газом, образовавшимся после Большого взрыва. Эти новые наблюдения Уэбба обнаружили небольшие, слабые объекты, окружающие те самые галактики, которые демонстрируют «необъяснимое» излучение водорода.
В сочетании с современным моделированием галактик в ранней Вселенной наблюдения показали, что хаотическое слияние этих соседних галактик является источником выброса водорода. Эти результаты были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Свет распространяется с конечной скоростью (300 000 километров в секунду), а это означает, что чем дальше находится галактика, тем дольше свету от нее требуется время, чтобы достичь нашей Солнечной системы. В результате наблюдения самых далеких галактик не только позволяют исследовать дальние уголки Вселенной, но и позволяют нам изучать Вселенную такой, какой она была в прошлом.
Чтобы изучить очень раннюю Вселенную, астрономам требуются исключительно мощные телескопы, способные наблюдать очень далекие и, следовательно, очень слабые галактики. Одной из ключевых возможностей Уэбба является его способность наблюдать за очень далекими галактиками и, следовательно, исследовать раннюю историю Вселенной. Международная команда астрономов нашла превосходное применение удивительным способностям Уэбба в разгадке давней загадки астрономии.
Самые ранние галактики были местами энергичного и активного звездообразования и, как таковые, были богатыми источниками света, излучаемого атомами водорода, называемого излучением Лаймана-α. Однако в эпоху реионизации эти области активного звездообразования (также известные как звездные питомники) окружало огромное количество нейтрального газообразного водорода.
Более того, пространство между галактиками было заполнено большим количеством этого нейтрального газа, чем сегодня. Газ может очень эффективно поглощать и рассеивать такого рода выбросы водорода, поэтому астрономы уже давно предсказывали, что обильное излучение Лаймана-α, выпущенное в очень ранней Вселенной, сегодня не должно быть наблюдаемо.
Однако эта теория не всегда выдерживала проверку, поскольку ранее астрономы наблюдали примеры очень раннего выделения водорода. Это представляет собой загадку: как происходит наблюдение этого выброса водорода, который уже давно должен был быть поглощен или рассеян?
Исследователь из Кембриджского университета и главный исследователь нового исследования Каллум Виттен уточняет: «Одной из самых загадочных проблем, поднятых предыдущими наблюдениями, было обнаружение света атомов водорода в очень ранней Вселенной, который должен был быть полностью заблокирован первозданный нейтральный газ, образовавшийся после Большого взрыва. Ранее было предложено множество гипотез, объясняющих великий выброс этого «необъяснимого» выброса».
Прорыв команды стал возможен благодаря выдающемуся сочетанию Уэбба углового разрешения и чувствительности. Наблюдения с помощью инструмента NIRCam Уэбба позволили различить меньшие и более тусклые галактики, окружающие яркие галактики, из которых было обнаружено необъяснимое излучение водорода. Другими словами, окрестности этих галактик кажутся гораздо более оживленными, чем мы думали ранее, и заполнены маленькими, тусклыми галактиками.
На этом изображении показана галактика EGSY8p7, яркая галактика в ранней Вселенной, в которой видно световое излучение, среди прочего, от возбужденных атомов водорода — излучение Лаймана-α. Высокая чувствительность Уэбба позволяет выделить эту далекую галактику вместе с двумя соседними галактиками, тогда как предыдущие наблюдения видели только одну более крупную галактику на ее месте. Это открытие скопления взаимодействующих галактик проливает свет на загадку того, почему излучение водорода от EGSY8p7, окутанного нейтральным газом, образовавшимся после Большого взрыва, вообще должно быть видимым. Астрономы пришли к выводу, что интенсивная звездообразующая деятельность внутри этих взаимодействующих галактик активизировала выбросы водорода и очистила окрестности от газовых слоев, позволив неожиданному выбросу водорода уйти. Этот крупный план EGSY8p7 был заново обработан с использованием данных NIRCam, полученных с помощью семи различных фильтров ближнего инфракрасного диапазона. Авторы и права: ЕКА/Уэбб, НАСА и ККА, К. Виттен, М. Замани (ЕКА/Уэбб)
Важно отметить, что эти меньшие галактики взаимодействовали и сливались друг с другом, и Уэбб обнаружил, что слияния галактик играют важную роль в объяснении таинственного излучения самых ранних галактик.
Серджио Мартин-Альварес, член команды из Стэнфордского университета, добавляет: «Там, где Хаббл видел только большую галактику, Уэбб видит скопление меньших взаимодействующих галактик, и это открытие оказало огромное влияние на наше понимание неожиданного выброса водорода от некоторых галактик. первых галактик».
Затем команда использовала современное компьютерное моделирование, чтобы изучить физические процессы, которые могли бы объяснить их результаты. Они обнаружили, что быстрое наращивание звездной массы в результате слияния галактик одновременно вызывало сильное выделение водорода и способствовало выходу этого излучения через каналы, очищенные от обильного нейтрального газа. Таким образом, высокая скорость слияния ранее не наблюдавшихся меньших галактик представила убедительное решение давней загадки необъяснимого раннего выделения водорода.
Команда планирует последующие наблюдения за галактиками на различных стадиях слияния, чтобы продолжить понимание того, как выбросы водорода выбрасываются из этих изменяющихся систем. В конечном итоге это позволит им улучшить наше понимание эволюции галактик.
Информация от: Европейским космическим агентством
