Команда учёных-астрономов из разных стран сделала уникальную находку: им удалось непосредственно зафиксировать ионизирующее свечение от очень удалённой галактики, образовавшейся примерно через полтора миллиарда лет после Большого взрыва – в период завершения реионизации Вселенной. Ранее специалисты полагали, что выявить подобное излучение на таких огромных расстояниях не представляется возможным из-за обилия нейтрального водорода, которым была насыщена молодая Вселенная. Новое наблюдение может пролить свет на механизм формирования первых звёзд и галактик, благодаря которому космос стал доступным для света.

В первые сотни миллионов лет после образования Вселенной, Вселенная пространство было окутано густыми облаками нейтрального водорода. Эти облака поглощали ультрафиолетовое излучение и не позволяли свету свободно перемещаться. С появлением первых звёздных систем и галактик их интенсивное ультрафиолетовое облучение начало расщеплять атомы водорода, отделяя электроны от ядер. Этот процесс получил название реионизация и стал одним из важнейших этапов развития ранней Вселенной.

Хотя десятилетия научных изысканий прошли, механизм реионизации остаётся для специалистов не до конца ясным вопросом. Несмотря на то, что астрономы идентифицировали значительное число древних галактик, непосредственное наблюдение их излучения, вызывающего ионизацию, ранее было недоступным. Предполагалось, что современные инструменты обзора недостаточно чувствительны для фиксации столь слабого сигнала.

Тем не менее, благодаря более чем сорока часам непрерывных наблюдений, исследователям удалось впервые зарегистрировать подобное явление.

««Мы полагали, что подобный объект не подлежит обнаружению», – поделился Ильяс Гуваэртс, ведущий автор работы и сотрудник Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе. – Специалисты предполагали, что облако из нейтрального водорода, которое заполняло раннюю Вселенную, должно было полностью маскировать её излучение, вызывающее ионизацию. Однако Космический телескоп Hubble не только зафиксировал этот свет, но и предоставил возможность детально проанализировать характеристики самой галактики. ».

Неожиданное обнаружение в хранилищах данных телескопов Hubble и James Webb

Галактика под названием MXDFz4.4 была обнаружена случайно в процессе изучения сохранённых данных с Космического телескопа Hubble. Для анализа использовались также изображения Космического телескопа James Webb, а также данные спектрографа MUSE, установленного на Очень Большом Телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории, расположенной в Чили.

В ходе обработки информации учёные выявили нетипичный сигнал.

«Процесс оказался стремительным – от зарождения задумки до осознания того, что перед нами нечто уникальное, — поделился Гуваэртс. — С самого начала мы испытывали энтузиазм, однако для подтверждения сигнала и детального изучения его свойств потребовались месяцы».

Исследование спектральной составляющей линии Лайман-альфа выявило, что галактика сформировалась около 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва, когда период реионизации практически завершился.

Излучение от MXDFz4.4 преодолело расстояние до нашей планеты за период свыше двенадцати миллиардов лет. За это время расширение космоса привело к увеличению длины волны, что вызвало смещение света в красную область спектра и сделало его доступным для регистрации телескопом Hubble.

Ученые утверждают, что благодаря уникальному сочетанию параметров, таких как диапазон наблюдаемых длин волн, чувствительность и детализация изображения, космический аппарат Hubble является единственным функционирующим инструментом, который может проводить подобные исследования в заданных условиях.

«Хотя астрономы уже идентифицировали множество галактик, существовавших на ранних этапах развития Вселенной, до сих пор не получалось зафиксировать ионизирующие фотоны от ни одного из них. В связи с этим MXDFz4.4 представляет собой поистине исключительный объект. », — заявил соавтор исследования Марк Рафельски, занимающий должность заместителя руководителя научной программы Hubble в STScI.

Небольшая по размерам спиральная туманность характеризуется аномально интенсивным процессом рождения звезд.

Исследования выявили, что мощное излучение, способное расщеплять атомы, исходит от крайне высокой плотности звёзд, находящихся на ранних стадиях развития внутри этой галактики.

По мнению ученых, эти светила возникли в результате нескольких периодов бурного звездообразования за последние миллионы лет и сконцентрированы в очень ограниченном пространстве.

Хотя размеры MXDFz4.4 приблизительно на три порядка меньше, чем у Млечного Пути, скорость формирования новых звезд в ней составляет около десяти раз больше, чем в нашей галактике.

Такая значительная концентрация звёзд молодого возраста, скорее всего, обеспечила возможность для их ультрафиолетового света преодолеть своего рода «протоки» в окружающей среде из нейтрального водорода. По оценкам исследователей, от 50 до 100 процентов ионизирующего излучения, исходящего от молодых звёзд, смогло покинуть галактику и распространиться за её пределами.

Полученные результатыПодтверждают мысль о том, что именно такие сжатые галактики, характеризующиеся интенсивным формированием звёзд, могли оказать решающее влияние на процесс реионизации ранней Вселенной. Специалисты предполагают, что в дальнейшем будет возможно выявить множество аналогичных образований.