Астрономы, используя данные космического телескопа Джеймса Уэбба (NASA), обнаружили десятки небольших галактик, сыгравших ключевую роль в преобразовании ранней Вселенной.
«Когда дело доходит до производства ультрафиолетового света, эти небольшие галактики работают гораздо эффективнее, чем можно было бы ожидать», — сказал Исак Волд, ассистент-исследователь Католического университета Америки в Вашингтоне и Центра космических полётов Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. «Наш анализ этих крошечных, но могущественных галактик в 10 раз более чувствителен, чем предыдущие исследования, и показывает, что они существовали в достаточном количестве и обладали достаточной ультрафиолетовой мощностью, чтобы инициировать это космическое обновление».
Волд представил свои выводы на [246-м заседании Американского астрономического общества](https://aas.org/meetings/aas246) в Анкоридже, Аляска. Исследование использовало существующие изображения, собранные прибором NIRCam (Near-Infrared Camera) телескопа Уэбба, а также новые наблюдения, сделанные с помощью прибора NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph).
Небольшие галактики были обнаружены Волдом и его коллегами из Годдарда
Небольшие галактики были обнаружены Волдом и его коллегами из Годдарда Сангитой Малхотрой и Джеймсом Роадсом путём анализа изображений Уэбба, полученных в рамках программы наблюдений UNCOVER (Ultradeep NIRSpec and NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization), возглавляемой Рэйчел Безэнсон из Университета Питтсбурга в Пенсильвании.
Проект составил карту гигантского скопления галактик, известного как скопление Абелла 2744, прозванное скоплением Пандоры, расположенного примерно в 4 миллиардах световых лет от нас в южном созвездии Скульптора. Масса скопления образует гравитационную линзу, которая увеличивает удалённые источники, расширяя возможности Уэбба.
Ранняя Вселенная была погружена в туман из нейтрального водорода
Большую часть своего первого миллиарда лет Вселенная была погружена в туман из нейтрального водорода. Сегодня этот газ ионизирован — лишён электронов. Астрономы, называющие это преобразование реионизацией, давно задавались вопросом, какие объекты были наиболее ответственны за него: большие галактики, малые галактики или сверхмассивные чёрные дыры в активных галактиках. Одной из основных задач NASA’s Webb было специально разработано для решения ключевых вопросов об этом важном переходе в истории Вселенной.
Недавние исследования показали, что небольшие галактики, в которых происходит активное звездообразование, могли сыграть значительную роль. Такие галактики редки сегодня, составляя всего около 1% от тех, что нас окружают. Но их было много, когда Вселенной было около 800 миллионов лет, в эпоху, которую астрономы называют красным смещением 7, когда реионизация уже шла полным ходом.
Команда искала небольшие галактики нужного космического возраста, которые показывали признаки экстремального звездообразования, называемого вспышками звездообразования, на изображениях NIRCam скопления.
«Галактики с низкой массой собирают вокруг себя меньше нейтрального водорода, что облегчает выход ионизирующего ультрафиолетового света», — сказал Роадс. «Аналогично, эпизоды вспышек звездообразования не только производят обильный ультрафиолетовый свет, но и проделывают каналы в межзвёздной материи галактики, которые помогают этому свету вырваться наружу».
Астрономы искали сильные источники света определённой длины волны, которая указывает на наличие высокоэнергетических процессов: зелёную линию, излучаемую атомами кислорода, потерявшими два электрона. Первоначально излученная как видимый свет в раннем космосе, зелёное свечение от дважды ионизированного кислорода было растянуто в инфракрасном диапазоне, когда оно пересекло расширяющуюся Вселенную, и в конце концов достигло приборов Уэбба.
Эта техника позволила обнаружить 83 небольшие галактики со вспышками звездообразования в том виде, в каком они существовали, когда Вселенной было 800 миллионов лет, или около 6% от её нынешнего возраста в 13,8 миллиарда лет. Команда выбрала 20 из них для более детального изучения с помощью NIRSpec.
«Эти галактики настолько малы, что для создания эквивалентной звёздной массы нашей собственной галактики Млечный Путь потребовалось бы от 2 000 до 200 000 таких галактик», — сказала Малхотра. «Но мы можем их обнаружить благодаря нашей новой методике отбора образцов в сочетании с гравитационным линзированием».
Подобные типы галактик в современной Вселенной, такие как зелёные горошины, излучают около 25% своего ионизирующего ультрафиолетового света в окружающее пространство. Если маломассивные галактики со вспышками звездообразования, исследованные Волдом и его командой, излучают аналогичное количество, они могли бы объяснить весь ультрафиолетовый свет, необходимый для преобразования нейтрального водорода Вселенной в ионизированную форму.
Предоставлено Центром космических полётов Годдарда NASA.