Астрофізики, які працюють з космічним телескопом Джеймса Вебба (JWST), виявили дивовижну кількість металу в галактиці лише через 350 мільйонів років після Великого вибуху. Як це узгоджується з нашим розумінням Всесвіту?
Походження перших металів у Всесвіті є основоположним питанням астрофізики. Невдовзі після Великого вибуху Всесвіт майже повністю складався з водню, найпростішого з елементів. Там було трохи гелію, ще менше літію і, можливо, нескінченно мала кількість берилію. Якщо ви подивитеся на періодичну таблицю елементів, це перші чотири. В астрономії всі елементи, важчі за водень і гелій, називають металами.
Метали виробляються на зірках і ніде більше (за винятком крихітної кількості, утвореної самим Великим вибухом). Відстеження формування металів у Всесвіті від Великого вибуху до сьогодні є одним із фундаментальних завдань астрофізики.
Металічність є фундаментальним поняттям у нашому дослідженні Всесвіту. Без металів не можуть утворитися кам’янисті планети. Життя теж не може. Протягом послідовних поколінь зірок металічність Всесвіту зростала. Отже, є основна траєкторія, яка походить від перших металів і веде прямо до нас.
Дослідження стародавніх галактик є одним з основних завдань космічного телескопа Джеймса Вебба. JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) досліджував область неба в пошуках слабких ранніх галактик. Дивлячись так далеко в минуле на ранні галактики Всесвіту, JWST проливає світло на давню металічність.
Команда дослідників, яка працювала зі спостереженнями JADES, дослідила галактику лише через 350 мільйонів років після Великого вибуху та виявила вуглець. Можливо, вони також знайшли кисень і неон, всі метали в астрономії.
Їхні висновки містяться в новій статті під назвою JADES: Carbon enrichment 350 Myr after the Big Bang in a gas-bashed galaxy. Провідний автор — Франческо Д’Еудженіо, постдокторський астрофізик Інституту космології Кавлі в Кембриджі.
Перші зірки, що утворилися у Всесвіті, називають зірками Населення III. Це найдавніші зірки, і вони були масивними, яскравими та гарячими, майже без металів. Крихітна кількість металів, які вони зберігали, походить від перших наднових серед їх числа.
Значна частина наших знань про зірки Популяції III є теоретичними, оскільки ці стародавні зірки в їхніх стародавніх галактиках надзвичайно важко спостерігати. Але JWST на це здатний. Він не може бачити окремі зірки, але його потужний інструмент NIRSpec (спектограф ближнього інфрачервоного діапазону) може виявляти різні елементи в галактиці за їхніми світловими ознаками.
Це нове дослідження базується на галактиці з z=12,5 поблизу Космічної Зорі, критичної ери в історії Всесвіту. Коли дослідники вивчали спостереження JWST, вони виявили несподівану кількість вуглецю в галактиці. Це або в міжзоряному середовищі (ISM), або в навколо галактичному середовищі (CGM.)
«Це найвіддаленіше виявлення переходу металу та найвіддаленіше визначення червоного зсуву за допомогою емісійних ліній», — пояснюють вони. Це також «найвіддаленіший доказ хімічного збагачення», знайдений на сьогодні.
Це виявлення безпосередньо суперечить нашому розумінню безметалевої популяції зірок III.
«Виявлення C iii– та його високої EW (еквівалентної ширини) – виключає сценарії незайманого населення зірок», – пишуть автори.
Якщо Вебб виключив існування незайманих зірок із популяцією III без металу, це велика новина. Це ще один приклад потужного космічного телескопа, який перевертає наші найкращі пояснення Всесвіту, який ми бачимо навколо себе. Джерело