Вчені вперше побачили народження найдавніших галактик Всесвіту

За допомогою космічного телескопа Джеймс Вебб астрономи вивчили спектри трьох невеликих галактик з часів, коли з Великого вибуху пройшло всього 400-600 мільйонів років. Дослідникам вдалося довести, що далекі скупчення молодих зірок впритул оточені їх щільними хмарами газу — йде утворення перших галактик Всесвіту.

Відповідно до загальноприйнятої моделі, галактики формуються із скупчень зірок та первинного нейтрального атомарного водню. Скупчення притягують газ, який накопичується на околицях — гало — галактик. Згодом він охолоджується, у найщільніших його областях починають зароджуватися нові зірки. Тому щоб вивчити формування перших галактик, нам важливо побачити ці газові хмари.

Зазвичай астрономи шукають такі «зіркові колиски» газу радіолінією водню з довжиною хвилі приблизно 21 сантиметр. На жаль, щодо раннього Всесвіту цей метод не працює, не вистачає сили випромінювання. Зате для цього підходить інша спектральна лінія водню — лінія Лайман-альфа. Тільки вчені найчастіше шукають не саме випромінювання, яке поглинання хмарами газу. Саме випромінювання при цьому походить від ще більш далеких об’єктів.

За «якістю» поглинання лінії Лайман-альфа астрономи з Копенгагенського університету (Данія) відібрали три галактики у ранньому Всесвіті. Пошук вели за відкритими базами даних спостережень космічного телескопа «Джеймс Вебб». Вченим вдалося набрати дюжину кандидатів, з яких відібрали три об’єкти із «найчистішими» даними.

Три відібрані галактики: CEERS-43833, якою вона була через 572 мільйони років після Великого вибуху (червоне зміщення (z) 8,76), MACS0647 — через 467 мільйонів років після Великого вибуху (z = 10,17), CEERS-16943 — через 398 мільйонів років після Великого вибуху (z=11,4).

Проблема полягала в тому, що поглинання лінії водню могло викликати звичайний розсіяний газ у міжгалактичному просторі. Також залишалася можливість, що кожна з цих галактик просто знаходиться в області космосу з підвищеною густиною газу. Щоб перевірити це, автори дослідження провели комп’ютерне моделювання.

Виявилося, для таких показників поглинання щільність газу в околицях повинна бути в 30-50 разів вищою за середнє значення — це просто нереалістично. Втім, на околицях першої галактики справді знайшлося скупчення газу, але лише вп’ятеро щільніше за «норму» — недостатньо, щоб пояснити дані спостережень. Результати роботи опубліковані в журналі Science.

За оцінками вчених, у всіх трьох галактик дуже молоді зірки віком менше 100 мільйонів років. Їхня сумарна зоряна маса — 108-109 сонячних мас. При цьому маса оточуючих їх «оболонок» з газу — від двох до семи разів більша за масу зірок, і це лише нижня оцінка. У самих галактиках теж може бути міжзоряний газ, якого ми не бачимо. Тоді загальна маса цих об’єктів може бути на порядок вищою.

«Можна сказати, це перші знімки формування галактик, зроблені „безпосередньо”. Раніше „Джеймс Вебб” показував нам галактики на пізніших етапах формування, тепер ми побачили їх народження, а отже, формування перших зіркових систем у Всесвіті», — пояснив Каспер Елм Хейнтс (Kasper Elm Heintz) з Інституту Нільса Бора, провідний автор роботи.

Група авторів нового дослідження попросила виділити їм більше часу роботи «Джеймса Вебба». Вони хочуть отримати ще точніші дані спостережень за відібраними галактиками. Крім цього, вчені сподіваються «зазирнути» глибше в космос — ще ближче до Великого вибуху.