Космический сигнал возрастом 13 миллиардов лет показывает нейтральный газ, который способствовал рождению первых галактик в ранней Вселенной
Более 13 миллиардов лет назад, когда первые галактические образования только зарождались, плотные облака холодного газа послужили сырьем для рождения их звезд. Это первозданное «топливо», ранее невидимое для космических наблюдателей, теперь было непосредственно обнаружено международной командой учёных. Впервые исследователи идентифицировали нейтральный газ, который способствовал звездообразованию в некоторых из старейших известных галактик, наблюдаемых, когда возраст Вселенной составлял от 700 до 800 миллионов лет.
Эта временная отметка, хотя и кажется огромной, представляет собой детство космоса во вселенском масштабе. Большой взрыв, событие, породившее Вселенную, произошел примерно 13,8 миллиардов лет назад. Затем космос пережил длительный период, известный как «темные века», который длился сотни миллионов лет без присутствия звезд и галактик, какими мы их знаем. Лишь по прошествии этого времени начали формироваться первые скопления материи, давшие начало звездам, освещавшим Вселенную, а следовательно, и первоначальным галактикам. Разгадка того, как произошел этот переход, остается одной из величайших загадок современной астрономии.
В этом инновационном исследовании, проведенном исследователями из Университета Тиба в Японии и запланированном к публикации в известном журнале The Astrophysical Journal, использовалась обсерватория ALMA, расположенная в пустыне Атакама в Чили. Ученые сосредоточились на наблюдении за четырьмя чрезвычайно далекими галактиками в поисках специфической сигнатуры, излучаемой нейтральными атомами кислорода. Этот вид светящегося следа является прямым свидетельством присутствия холодного газа, необходимого для образования звезд.
До сих пор телескопы могли идентифицировать уже сформировавшиеся звезды или горячий газ в их окрестностях. Даже такие достижения, как космический телескоп Джеймса Уэбба, позволили наблюдать галактики самых ранних эпох космоса с беспрецедентной четкостью. Однако нейтральный газ, необходимый для процесса звездообразования, оставался практически необнаружимым.
«Наши результаты представляют собой самое отдаленное прямое обнаружение нейтрального газа в галактиках на сегодняшний день», — сказал исследователь Ёсинобу Фудамото, ведущий автор работы. Ученый подчеркнул, что это открытие позволит по-новому интерпретировать многие предыдущие наблюдения о примитивных галактиках.
Процесс идентификации был непростым. Исследователи проанализировали специфическую линию излучения, известную как [OI], на длине волны 145 микрометров, которая считается одним из основных показателей нейтрального газа. Чтобы гарантировать происхождение сигнала, результаты сравнивались с другой спектральной сигнатурой, связанной исключительно с ионизированным газом. Вывод был однозначным: большая часть наблюдаемого излучения исходила от огромных концентраций нейтрального газа, основного материала для построения звезд.
Что удивило учёных, так это состав исследованных галактик. Они представляли собой газовые области с очень высокой плотностью, сравнимой с теми, которые встречаются в некоторых из наиболее активных галактик современной Вселенной. Однако радиационное излучение в этих системах было относительно скромным. Это говорит о том, что первые галактики могли функционировать как компактные звездные «фабрики», гораздо более концентрированные, чем предполагалось ранее.
Leia Também
В результате разрушительного землетрясения в Венесуэле погибла жена Эктора Белло, а ребенок остался под руинами.
Сильное землетрясение в Венесуэле убило жену игрока Эктора Белло, а ребенок выжил под завалами
Японский нападающий Кенто Сиогай преуменьшает значение Неймара и говорит, что Бразилия перед плей-офф уже не страшна
Актуальность этого открытия выходит за рамки анализа этих изолированных галактик. На протяжении десятилетий астрономы пытались реконструировать эволюцию космоса: от первичной смеси частиц до нынешнего сложного сценария, полного галактик, скоплений и планет. По оценкам, первые звезды появились между ста и двумястами миллионами лет после Большого взрыва. Именно эти небесные первооткрыватели начали производство химических элементов тяжелее водорода и гелия, засеяв космос компонентами, которые спустя миллионы лет позволят сформировать планетные системы и даже возникновение жизни.
По этой причине каждое новое наблюдение этой далекой эпохи действует как путешествие во времени. Свет этих галактик путешествовал более 13 миллиардов лет, чтобы достичь Земли, что позволило ученым стать свидетелями того, как они выглядели в период до существования нашей планеты и когда будущее Млечного Пути только начинало формироваться.
«Наша работа делает эмиссионную линию [OI] эффективным инструментом для изучения труднообнаружимого газообразного компонента в ранней Вселенной, открывая новый взгляд на топливо, которое стимулирует звездообразование», — сказал исследователь Акио Иноуэ.
Ученые уже планируют дальнейшие шаги расследования. «Наше намерение состоит в том, чтобы распространить эти наблюдения на большую выборку галактик и, объединив ALMA с Джеймсом Уэббом и другими объектами, построить всеобъемлющее представление о том, как формировались и развивались галактики, от космического рассвета до наших дней», — сказал Фудамото.
Вопрос, на который пытается ответить команда, стар как само человечество: как Вселенная из горячего и однородного облака после Большого взрыва превратилась в впечатляющее расположение галактик, звезд и планет, которое мы наблюдаем сегодня. Благодаря этому прорыву астрономы обнаружили фундаментальную часть этой сложной головоломки. Топливо было там с самого начала; трудность заключалась в том, чтобы просто обнаружить это.
