После Большого взрыва Вселенная была холодной и нейтральной, свет звезд был скрыт. Epoch реионизации стала переломным моментом: первые звезды и галактики ионизировали межгалактическое пространство, все засияло вновь. Ученые обнаружили древнейшую галактику, излучение которой сейчас ионизирует окружающий нейтральный газ.
Реионизация Вселенной происходила постепенно при образовании галактик и новых поколений звезд. Раньше считалось, что этот процесс начался примерно через 600-800 миллионов лет после Большого взрыва. Излучение древнейших галактик, обнаруженных с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», подрывает эти даты. Видимо, реионизация началась намного раньше.
В поиске древних «реионизаторов» Вселенной ученые изучают спектральные линии водорода, особенно серию Лаймана, и, точнее, линию Лайман-альфа.
Под воздействием сильного ультрафиолетового излучения звезд водород переходит в возбужденное состояние. Вернувшись в нейтральное состояние, он испускает свет на линии Лайман-альфа.
Межгалактический газ состоит в основном из водорода. При почти полной ионизации водорода, излучение Лаймана-альфа молекул, переходящих в нейтральное состояние, не поглощается соседними молекулами и доходит до нас. В контексте древней Вселенной это свидетельствует о том, что первичный источник ионизирующего излучения — галактика или звезда — обладал достаточной мощностью для успешной реионизации окружающего космического пространства.
Астрономы, благодаря работе орбитального телескопа «Джеймс Уэбб», обнаружили много кандидатов на звание древнейших галактик. даже найти В них содержится кислород. Для точного обнаружения линии Лаймана-альфы в сильно смещенном спектре нужно подтвердить это другими способами. Это удалось сделать.
Астрономы обнаружили линию Лайман-альфа в спектре излучения галактики JADES-GS-z13-1-LA (красное смещение 13,0). Галактика наблюдается такой, какой она была приблизительно через 332 миллиона лет после Большого взрыва. Учитывая сильное рентгеновское излучение от галактики, линия указывает на то, что этот объект — активный производитель ионизирующих фотонов. Результаты исследования. опубликованы в журнале Nature.
Компьютерное моделирование показало, что JADES-GS-z13-1-LA состоит из молодых звезд (10-20 миллионов лет) с низким содержанием тяжелых элементов. Звезды могут быть источником ионизирующего излучения только если большая часть — звезды гипотетического населения III. Согласно спектру галактики, это маловероятно.
Ионизирующее излучение исходит от сверхмассивной черной дыры, поглощающей материю в центре галактики JADES-GS-z13-1-LA. Эффективный радиус этой галактики — около 114 световых лет. Это меньше, чем у других древних галактик. Излучение сосредоточено в центре.
Согласно расчётам исследователей, галактика создала вокруг себя «пузырь» ионизированного межгалактического пространства радиусом около 650 тысяч световых лет. Сейчас не имеет значения источник излучения — звезды или активное ядро галактики. Главное: JADES-GS-z13-1-LA — доказательство того, что реионизация Вселенной началась всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва. Ранее учёные предположили, что источником значительной доли излучения, реионизирующего Вселенную, является… могли быть «сбежавшие» звезды.