"Джеймс Вебб" дивиться в минуле: знайдено галактику майже без важких елементів

NASA/ESA/CSA

Група астрономів за допомогою телескопа “Джеймс Вебб” (JWST) виявила галактику під назвою AMORE6, практично позбавлену важких хімічних елементів.

Зазначається, що її існування переконливо доводить ключові передбачення щодо теорії Великого вибуху. Вважається, що Великий вибух був початком нашого Всесвіту, який з того моменту і до сьогодні стрімко розширювався.

Внаслідок процесу, що отримав назву нуклеосинтезу Великого вибуху, утворились перші найлегші елементи: водень, гелій, та слідові кількості літію. Більш важкі елементи, які астрофізики називають металами, утворились набагато пізніше у надрах зірок, що існували у першу епоху після Великого вибуху.

Перше покоління зірок, відоме як зіркове населення III, першими утворило важкі елементи за рахунок нуклеосинтезу у надрах. Ці зірки взагалі не містили важких елементів, або містили у вкрай малій кількості. Оскільки зірки народжуються в галактиках, а не ізольовано, мали існувати і галактики населення III — зірки, які взагалі не містили металів.

Наявність галактик із зірками населення III залишалась одним з питань, яке дуже цікавило астрофізиків. Теорія передбачає, що деякі ранні галактики, що спостерігаються при великих червоних зміщеннях, повинні мати нульову металевість. Підтвердження їх існування мало б вирішальний вплив на нашу сучасну космологічну модель.

За допомогою JWST астрономи вже виявили масивні, добре розвинені галактики, які з’явились значно раніше, ніж передбачали результати попередніх моделювань. Досі науковці вважали, що такі великі і розвинені галактики не мали б з’явитись так швидко після Великого вибуху. Це змусило астрономів переглянути уявлення про те, як швидко розвивались та еволюціонували галактики.

Однак навіть JWST, попри провідні можливості, не зміг однозначно ідентифікувати галактику із нульовою металевістю. Хоча астрономи за допомогою “Джеймса Вебба” спостерігали за галактиками, що утворились через кілька сотень млн років після Великого вибуху, в жодній з них не було зафіксовано повної відсутності важких елементів.

Ключову роль у пошуку таких галактик відіграє кисень. Відповідно до космологічних моделей, перші галактики мали складатись лише з водню та гелію, і не містити кисню та інших важких елементів. Астрономи використовують емісійну лінію двічі іонізованого кисню, який у спектроскопії позначається, як O III. Ця лінія демонструє триваючий процес утворення зірок, і особливо ефективна під час досліджень дуже далеких систем зі значним червоним зміщенням.

На графіку показана металевість та зіркова маса галактики AMORE6, та подібних до неї, приблизно того ж віку/Nature

У більш простих галактиках сильне випромінення O III може вказувати на вкрай низьку наявність важких елементів. У той же час, слабші сигнали O III вказують на те, що галактики формувались в умовах, які відрізняються від сучасних. До недавна переконливих прикладів цього не було. Нове дослідження, очолюване науковим співробітником Центру обробки та аналізу інфрачервоних даних (IPAC) Каліфорнійського технологічного інституту Такахіро Морішитою, свідчить про можливе виявлення однієї з найбільш ранніх галактик, що утворились невдовзі після Великого вибуху.

“Існування галактик, що не містять таких елементів, як кисень, утворених зірками після нуклеосинтезу в епоху Великого вибуху, є ключовим передбаченням космологічної моделі. Однак досі не виявлено жодної чистої галактики населення ІІІ з “нульовою металевістю””, — зазначають автори дослідження.

Між тим Морішита та його колеги, ймовірно, знайшли таку галактику. Її було виявлено із червоним зміщенням z, яке дорівнювало 5,725. Це означає, що світло від неї було випущене, коли Всесвіту було усього близько 900 млн або 1 млрд років. Галактику виявили завдяки гравітаційному лінзуванню. “Джеймс Вебб” виявив емісію Hβ — яка описує спектральні лінії випромінення атомарного водню. Однак при цьому не було виявлено кисню.

“Відсутність O III відразу ж вказує на те, що AMORE6 містить дуже низьку металевість, майже первозданну, міжзоряне середовище”, — пояснюють автори дослідження.

У галактики також виявилась мала зіркова маса і надзвичайно компактна морфологія. Справа в тому, що ця галактика не така стара, як деякі, повністю сформовані галактики, виявлені JWST до цього. Дещо спантеличує той факт, що цей яскравий приклад первозданного середовища зіркоутворення з низькою металевістю був виявлений майже через млрд років після Великого вибуху.