Новий аналіз розкриває зв’язки між близькими та далекими галактиками

Аналіз далеких галактик, знятих космічним телескопом Джеймса Вебба NASA, показує, що вони надзвичайно молоді та демонструють дивовижну схожість із рідкісним типом маленьких галактик, відомих як «зелений горошок», які існують на нашому космічному задньому дворі.

«З детальними хімічними відбитками цих ранніх галактик ми бачимо, що вони включають, можливо, найпримітивнішу галактику, ідентифіковану досі. Водночас ми можемо з’єднати ці галактики на світанку Всесвіту з подібними галактиками поблизу, які ми можемо вивчити набагато детальніше», – сказав Джеймс Роудс, астрофізик з Центру космічних польотів імені Годдарда NASA в Грінбелті, штат Меріленд, який представив результати 241-ї зустрічі Американського астрономічного товариства в Сіетлі.

Галактики із зеленого гороху були відкриті та названі у 2009 році волонтерами, які беруть участь у Galaxy Zoo, проєкті, де вчені-громадяни допомагають класифікувати галактики на зображеннях, починаючи з галактик із цифрового огляду неба Слоуна. Горох виділявся у вигляді маленьких круглих нерозрізнених крапок із виразним зеленим відтінком, що є наслідком як кольорів, призначених різним фільтрам на складених зображеннях огляду, так і властивістю самих галактик.

Кольори галактик із зеленим горохом незвичайні, оскільки значна частка їхнього світла надходить від яскраво сяючих газових хмар. Гази випромінюють світло певної довжини хвилі – на відміну від зірок, які виробляють райдужний спектр безперервного кольору. Горох також досить компактний, зазвичай лише близько 5000 світлових років у поперечнику або приблизно 5% розміру нашої галактики Чумацький Шлях.

«Горошини можуть бути маленькими, але їх активність утворення зірок надзвичайно інтенсивна для їх розміру, тому вони випромінюють яскраве ультрафіолетове світло», — сказав Кеухо Кім, докторант з Університету Цинциннаті та член аналітичної групи. «Завдяки ультрафіолетовим зображенням зеленого горошку, зробленим Хабблом, і наземним дослідженням ранніх галактик, що утворюють зірки, стає зрозуміло, що вони обидва мають цю властивість».

У липні 2022 року NASA та його партнери в місії Webb опублікували найглибше та найчіткіше інфрачервоне зображення далекого Всесвіту, яке досі не бачили, зафіксувавши тисячі галактик у та позаду скупчення, відомого як SMACS 0723. Маса скупчення робить його гравітаційною лінзою, яка як збільшує, так і спотворює вигляд фонових галактик. Серед найслабших галактик позаду скупчення було три компактних інфрачервоних об’єкта, які виглядали так, ніби вони могли бути далекими родичами зеленого горошку. Найвіддаленіша з цих трьох галактик була збільшена приблизно в 10 разів, що забезпечило значну допомогу від природи на додаток до безпрецедентних можливостей телескопа.

Вебб зробив більше, ніж зобразив скупчення – його прилад спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону (NIRSpec) також зафіксував спектри вибраних галактик у сцені. Коли Роудс і його колеги вивчили ці вимірювання та скоригували їх на розтягнення довжини хвилі в результаті розширення простору, вони побачили, що характерні риси, випромінювані киснем, воднем і неоном, вишикуються в приголомшливу схожість з тими, що спостерігаються з сусіднього зеленого горошку.

Крім того, спектри Вебба дозволили вперше виміряти кількість кисню в цих космічних світанкових галактиках.

Оскільки зірки виробляють енергію, вони перетворюють легші елементи, такі як водень і гелій, у більш важкі. Коли зірки вибухають або втрачають зовнішні шари наприкінці свого життя, ці важчі елементи включаються в газ, який утворює наступні покоління зірок, і процес продовжується. Протягом космічної історії зірки постійно збагачували Всесвіт.

Дві з галактик Вебба містять кисень приблизно на 20% від рівня нашого Чумацького Шляху. Вони нагадують типовий зелений горошок, який, з усім тим, становить менше ніж 0,1% найближчих галактик, які спостерігаються під час огляду Слоуна. Третя досліджена галактика ще більш незвичайна.

«Ми бачимо ці об’єкти такими, якими вони існували до 13,1 мільярда років тому, коли вік Всесвіту становив приблизно 5% від нинішнього віку», — сказала дослідниця Годдарда Сангіта Малхотра. «І ми бачимо, що це молоді галактики у всіх сенсах — повні молодих зірок і сяючого газу, який містить мало хімічних продуктів, перероблених із попередніх зірок. Дійсно, одна з них містить лише 2% кисню в галактиці, схожій на нашу, і може бути найпримітивнішою з хімічної точки зору галактикою, яка була ідентифікована».