Используя космический телескоп «Джеймс Уэбб», астрономы провели анализ спектров трех небольших галактик, сформировавшихся вскоре после Большого взрыва, примерно через 400-600 миллионов лет. Полученные данные позволили установить, что эти удаленные скопления молодых звезд окружены густыми облаками газа, что свидетельствует о формировании первых галактик во Вселенной.
В соответствии с распространенной теорией, галактики возникают из объединений звезд и первичного нейтрального атомарного водорода. Объединения притягивают газ, который собирается в окружающей области — гало — галактик. По мере охлаждения газа в его наиболее плотных участках начинают формироваться новые звезды. Таким образом, для исследования возникновения первых галактик необходимо наблюдать эти газовые облака.
Обычно астрономы исследуют области газа, которые считаются «звездными колыбелями радиолинии водорода с длиной волны примерно 21 сантиметр. К сожалению, при изучении ранней Вселенной этот метод не работает, не хватает силы излучения. Зато для этой цели подходит другая спектральная линия водорода — линия Лайман-альфа. Часто именно ученые исследуют не само излучение, а его поглощение газовыми облаками. Источником излучения при этом служат объекты, расположенные на еще больших расстояниях.
Астрономы из Копенгагенского университета (Дания) провели отбор трех галактик, сформировавшихся в ранней Вселенной, основываясь на анализе интенсивности линии Лайман-альфа. Поиск потенциальных объектов велся в открытых базах данных наблюдений, полученных с космического телескопа «Джеймс Уэбб». Из множества выявленных кандидатов ученые выбрали три галактики, демонстрирующие наиболее качественные и неискаженные данные.
Были отобраны три галактики: CEERS-43833, существовавшая через 572 миллиона лет после Большого взрыва (красное смещение (z) 8,76), MACS0647 — через 467 миллионов лет после Большого взрыва (z = 10,17), CEERS-16943 — через 398 миллионов лет после Большого взрыва (z = 11,4).
Суть проблемы заключалась в вероятности возникновения поглощения линии водорода вследствие присутствия обычного рассеянного газа в межгалактическом пространстве. Не исключалось также, что обе галактики расположены в области космоса с увеличенной плотностью газа. Для проверки этой гипотезы авторы исследования провели компьютерное моделирование.
По имеющимся данным, для достижения указанных показателей поглощения плотность газа в близлежащих областях должна была бы превышать среднее значение в 30-50 раз, что представляется невозможным. Однако, в окрестностях первой галактики было обнаружено скопление газа, плотность которого в пять раз выше обычного – этого недостаточно для объяснения результатов наблюдений. Результаты работы опубликованы в журнале Science.
Согласно оценкам специалистов, в каждой из трех галактик преобладают звезды, возраст которых не превышает 100 миллионов лет. Совокупная звездная масса этих галактик составляет от 108 до 109 солнечных масс. При этом масса газовых «оболочек», окружающих их, в два-семь раз больше массы звезд, и это минимальное значение. Внутри самих галактик также может присутствовать невидимый для нас межзвездный газ, что потенциально увеличивает общую массу этих объектов на порядок.
«По сути, это первые изображения процесса формирования галактик, полученные непосредственно. До этого времени телескоп „Джеймс Уэбб” демонстрировал нам галактики на более поздних стадиях их развития, а теперь мы смогли увидеть их зарождение, и, соответственно, формирование первых звездных систем во Вселенной», — объяснил Каспер Элм Хейнтс (Kasper Elm Heintz) ведущий автор работы, сотрудник Института Нильса Бора.
Авторы нового исследования обратились с просьбой предоставить им дополнительное время работы телескопа «Джеймс Уэбб». Это необходимо для получения более детализированных данных наблюдений за выбранными галактиками. Кроме того, исследователи рассчитывают расширить возможности «заглядывания» в космическое пространство, приблизившись к эпохе Большого взрыва.