По оценкам ученых, через 350 миллионов лет после Большого взрыва, в отдаленной галактике были найдены признаки наличия «тяжелых» элементов. По мнению авторов недавнего исследования, их скопление возможно лишь в результате первых взрывов сверхновых.
Первые звезды, известные как звезды населения III, в основном состояли из водорода и гелия, поскольку в ранней Вселенной практически отсутствовали другие элементы. Увеличение химического разнообразия в космосе произошло уже после взрывов первых сверхновых. Именно «тяжелые» элементы послужили основой для формирования планет и Вселенной в том виде, в котором мы наблюдаем ее сегодня.
Для изучения характеристик этих звезд и их сверхновых было проведено значительное теоретическое исследование. Невозможно наблюдать эти объекты непосредственно, поскольку их существование было недолгим. Однако, можно обнаружить «химические остатки» сверхновых. Астрономы ведут поиски этих остатков как в нашей Галактике, так и в удаленных галактиках.
Благодаря запуску космического телескопа «Джеймс Уэбб» ученые получили возможность исследовать физические характеристики галактик, удаленных настолько, что их световой след смещен в красную область спектра более чем на 10. Это позволяет изучать галактики, существовавшие в период, известный как «Космический рассвет» (150–350 миллионов лет после Большого взрыва).
До недавнего времени ученые делали выводы на основе анализа данных, полученных при изучении более близких галактик. В настоящее время астрофизики получили возможность непосредственно наблюдать самые ранние галактики. Прежде всего, их внимание привлекают аномальные объекты, однако в наблюдениях, выполненных телескопом «Джеймс Уэбб», встречаются и галактики, которые можно считать типичными.
Несмотря на то, что чувствительности телескопа оказалось недостаточно для обнаружения эмиссионных линий в спектрах галактик при проведении обзора JADES, в рамках программы PID 3215 было принято решение об увеличении времени наблюдений до более чем 50 часов.
В новой работе, опубликованной в Astronomy & Astrophysics, согласно результатам первичного анализа свежих спектральных данных галактики GLASS-z12, ученые выявили наличие углерода, а также зарегистрировали незначительные проявления кислорода и неона.
Наблюдения позволяют нам увидеть эту галактику такой, какой она предстала 350 миллионов лет после Большого взрыва. Как отметил один из участников исследования, зафиксированный сигнал, связанный с наличием тяжелого элемента, является наиболее отдаленным в истории астрономических наблюдений.
Для выяснения механизма формирования этих структур в галактике GLASS-z12, исследователи обратили внимание на отношение углерода к кислороду. Полученные расчеты показали значение в 0,15. Этот показатель превышает аналогичные значения, наблюдаемые в сверхновых типа II, и существенно выше, чем в галактиках с красным смещением z = 6-9.
Значительное количество углерода может быть объяснено наличием в прошлом галактики большого числа звёзд, находящихся на поздних этапах развития. Однако, до этой фазы могли бы добраться только звёзды, масса которых превышает три солнечных массы, и их взрывы сверхновых не смогли бы произвести такое количество углерода.
В ходе исследования авторы также анализировали другие возможные объяснения, но в итоге сделали вывод о том, что наиболее вероятным источником наблюдаемого соотношения углерода и кислорода являются взрывы сверхновых, связанные с гипотетическими звездами первого поколения.
Как объяснила Астрофизик Эмма Чапман из Имперского колледжа Лондона отмечает, что после появления первых звезд Вселенная очень стремительно наполнилась различными веществами. В связи с этим чрезвычайно трудно зафиксировать период, когда первые сверхновые уже произошли, но при этом еще не сформировалось избыточное количество звезд, содержащих более тяжелые элементы.
В завершение ученые подчеркнули, что для получения этих данных требовались длительные наблюдения. Без них невозможно было бы различить сигналы от таких слабых объектов. Исследователи рассчитывают, что в дальнейшем масштабные обзоры небесных тел помогут выявить больше потенциальных кандидатов «красного» цвета для проведения продолжительных спектроскопических исследований.