Телескоп Webb доводить, що галактики трансформували ранній Всесвіт

У ранньому Всесвіті газ між зірками та галактиками був непрозорим — енергійне зоряне світло не могло проникати через нього. Але через 1 мільярд років після Великого вибуху газ став повністю прозорим. чому Нові дані космічного телескопа Джеймса Вебба НАСА точно встановили причину: зірки галактик випромінювали достатньо світла, щоб нагріти та іонізувати газ навколо них, очищаючи наше колективне уявлення протягом сотень мільйонів років.

Результати дослідницької групи під керівництвом Саймона Ліллі з ETH Zürich у Швейцарії є найновішими уявленнями про період часу, відомий як Ера реіонізації, коли Всесвіт зазнав драматичних змін. Після Великого вибуху газ у Всесвіті був неймовірно гарячим і щільним. Протягом сотень мільйонів років газ охолоджувався. Потім всесвіт натиснув «повторити». Газ знову став гарячим та іонізованим — ймовірно, через утворення ранніх зірок у галактиках, і за мільйони років став прозорим.

Дослідники довго шукали остаточні докази, щоб пояснити ці трансформації. Нові результати ефективно відсувають завісу в кінці цього періоду реіонізації. «Вебб не тільки чітко показує, що ці прозорі області знаходяться навколо галактик, ми також виміряли їх розмір», — пояснив Даічі Кашіно з університету Нагоя в Японії, провідний автор першої статті команди. «Завдяки даним Вебба ми бачимо, як галактики повторно іонізують газ навколо них».

Ці області прозорого газу гігантські порівняно з галактиками — уявіть собі повітряну кулю з підвішеною всередині горошиною. Дані Вебба показують, що ці відносно крихітні галактики викликали реіонізацію, очищаючи величезні області простору навколо них. Протягом наступних ста мільйонів років ці прозорі «бульбашки» продовжували ставати все більшими та більшими, врешті-решт зливаючись, і весь Всесвіт став прозорим.

Команда Ліллі навмисно націлилася на час перед кінцем ери реіонізації, коли Всесвіт був не зовсім чистим і не зовсім прозорим — він містив клапті газу в різних станах. Вчені спрямували Вебба в напрямку квазара — надзвичайно яскравої активної надмасивної чорної діри, яка діє як величезний ліхтарик, — виділяючи газ між квазаром і нашими телескопами. (Знайдіть його в центрі цього виду: він маленький і рожевий із шістьма помітними дифракційними шипами.)

Коли світло квазара проходило до нас через різні плями газу, воно або поглиналося непрозорим газом, або вільно рухалося крізь прозорий газ. Інноваційні результати команди були можливими лише завдяки поєднанню даних Вебба зі спостереженнями центрального квазара з обсерваторії В. М. Кека на Гаваях, а також дуже великого телескопа Європейської південної обсерваторії та телескопа Магеллана в обсерваторії Лас Кампанас, обидва в Чилі.

«Висвітлюючи газ уздовж поля нашого зору, квазар дає нам обширну інформацію про склад і стан газу», — пояснила Анна-Крістіна Ейлерс з Массачусетського технологічного інституту в Кембриджі, штат Массачусетс, провідний автор іншої командної роботи.

Потім дослідники використовували Webb для ідентифікації галактик поблизу цієї лінії зору та показали, що галактики зазвичай оточені прозорими областями радіусом близько 2 мільйонів світлових років. Іншими словами, Вебб був свідком того, як галактики очищали простір навколо них наприкінці ери реіонізації. Щоб пояснити це в перспективі, площа, яку очистили ці галактики, приблизно така ж відстань, як простір між нашою галактикою Чумацький Шлях і нашим найближчим сусідом, Андромедою.

Досі дослідники не мали остаточних доказів того, що спричинило реіонізацію — до Вебба вони не були впевнені, що саме було відповідальним.

Як виглядають ці галактики? «Вони більш хаотичні, ніж у сусідньому Всесвіті», — пояснив Джоріт Метті, також з ETH Zürich і провідний автор другої статті команди. «Вебб показує, що вони активно утворювали зірки й, мабуть, запускали багато наднових. У них була досить авантюрна молодість!»

Попутно Ейлерс використовував дані Вебба, щоб підтвердити, що чорна діра у квазарі в центрі цього поля є наймасивнішою з відомих на цей час у ранньому Всесвіті, її вага в 10 мільярдів разів перевищує масу Сонця. «Ми досі не можемо пояснити, як квазари змогли вирости настільки великими на такому ранньому етапі історії Всесвіту», — поділилася вона. «Це ще одна головоломка, яку потрібно вирішити!» Вишукані зображення, зроблені Веббом, також не виявили доказів того, що світло від квазара було лінзоване гравітацією, що гарантує, що вимірювання маси є остаточними.

Незабаром команда зануриться в дослідження галактик у п’яти додаткових областях, кожне з яких закріплено центральним квазаром. Результати Вебба з першого поля були настільки чіткими, що вони не могли дочекатися, щоб поділитися ними. «Ми очікували ідентифікувати кілька десятків галактик, які існували в епоху реіонізації, але нам легко вдалося вибрати 117», — пояснив Кашіно. «Вебб перевершив наші очікування».

Дослідницька група Lilly, Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization (EIGER), продемонструвала унікальну потужність поєднання звичайних зображень із камери NIRCam (камери ближнього інфрачервоного діапазону) Вебба з даними широкопольної безщілинної спектроскопії того самого приладу. режим, який дає спектр кожного об’єкта на зображеннях, перетворюючи Вебба на те, що команда називає «вражаючою спектроскопічною машиною червоного зсуву». Джерело