Группа астрономов обнаружила интенсивное излучение водорода, исходящее из галактики, существовавшей в очень ранний период истории космоса. Такое открытие стало возможным благодаря необычайной чувствительности инфракрасного спектра космического телескопа «Джеймс Уэбб». Это бросает вызов теориям о формировании галактик на ранних стадиях и заставляет задуматься об эволюции Вселенной в ее начальный период.
Объект под названием JADES-GS-z13-1 обнаружили на снимках камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) телескопа «Уэбб» в ходе программы JADES (Advanced Deep Extragalactic Survey). Астрономы определили расстояние до него, используя метод красного смещения, который измеряет растяжение света при прохождении его через расширяющуюся Вселенную. Первоначальные расчеты показали красное смещение 12,9, что соответствует наблюдению галактики в форме, существовавшей всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва.
Команда под руководством Йориса Витстока из Кембриджского университета и Центра космического рассвета при Копенгагенском университете подтвердила данные с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) «Уэбба». Спектроскопические наблюдения показали, что галактика имеет красное смещение 13,0, что свидетельствует о ее огромной удаленности. Самое удивительное — обнаружение интенсивного излучения Лайман-альфа. Согласно существующим моделям, этот сигнал, испускаемый атомами водорода, в столь молодой Вселенной быть не должен.
Профессор Роберто Майолино из Кембриджского университета и Университетского колледжа Лондона прокомментировал значение этого явления: в ранней Вселенной был плотный туман нейтрального водорода. Этой дымке начал рассеиваться в процессе, называемом реионизацией, завершившимся около миллиарда лет после Большого взрыва. JADES-GS-z13-1 существует в эпоху, когда большая часть этого тумана предположительно еще присутствовала. Четкое излучение Лайман-альфа, которое мы наблюдаем, является неожиданным и противоречит существующим теоретическим моделям.
В период реионизации огромные облака нейтрального водорода поглощали ультрафиолетовое излучение первых галактик, препятствуя свободному рассеянию света. Только после образования достаточного числа звезд, испускающих энергию, необходимую для ионизации газа, эти лучи смогли распространяться в пространстве.
Обнаружение излучения Лаймана-альфа в JADES-GS-z13-1 указывает на то, что его окружение уже было реионизовано в очень раннее время. Это означает, что процессы реионизации развивались быстрее или по-другому, чем считалось раньше.
По нашему нынешнему представлению о развитии Вселенной мы не ожидали найти такую галактику так рано, — заявляет Кевин Хейнлайн из Университета Аризоны. Если представить себе раннюю Вселенную густым туманом, то обнаружить такое ясное излучение от столь далекой галактики — всё равно что увидеть луч маяка, пробивающийся сквозь туман.
Происхождение излучения Лаймана-альфа в JADES-GS-z13-1 пока неясно. Среди гипотез: существование популяции звезд первого поколения, звёзд популяции III. Предполагается, что эти звезды были массивнее, горячее и ярче современных, а ультрафиолетовое излучение могло быстро ионизировать окружающий газ. Другой вариант: активное галактическое ядро, питаемое одной из первых сверхмассивных чёрных дыр.
Исследование, опубликованное в журнале Телескоп «Джеймс Уэбб», совместный проект НАСА, ЕКА и ККА, продолжает бросать вызов современной космологии и открывать новые пути для изучения реионизации Вселенной.