NASA раскрывает подсказки о возможности существования инопланетной жизни в замёрзших озёрах Титана
NASA отслеживает астероид размером с дом, который на этой неделе приблизится к Земле
Прорывное открытие изменило представление о скорости эволюции галактик в ранней Вселенной
Астрономы обнаружили кислород в свете от галактики JADES-GS-z14-0 — самой удалённой из известных на сегодняшний день. Это наблюдение, опубликованное в журнале Astronomy & Astrophysics, показывает, что сложное химическое обогащение началось всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва.
Свет от галактики прошёл 13,4 миллиарда лет, чтобы достичь Земли, и позволил нам заглянуть в период, который раньше считался слишком молодым для существования тяжёлых элементов. Обнаружение сделано с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решётки (ALMA) и подтверждено наблюдениями со спутника James Webb Space Telescope (JWST).
Открытие, которое меняет модели ранних галактик
Кислород является важным индикатором космической эволюции. В отличие от других элементов, он излучает отчётливый сигнал — линию тонкой структуры длиной 88 микрон, — который может проникать сквозь пыль и преодолевать огромные расстояния. Чувствительность ALMA позволила выделить этот сигнал от JADES-GS-z14-0 и определить не только химический состав, но и расстояние с точностью до 0,005%.
Анализ показал, что металличность газовой фазы галактики составляет примерно одну пятую от металличности нашего Солнца. Такой высокий уровень обогащения означает, что по крайней мере два поколения звёзд уже жили и умерли к тому времени, когда галактика испустила свет, который мы сейчас наблюдаем. Традиционные химические модели предсказывали появление такого обогащения только сотни миллионов лет спустя.
В этом регионе не обнаружено пыли, что означает, что отношение массы пыли к массе звёзд исключительно низкое — менее 0,2%. Эти результаты в совокупности указывают на галактику, которая претерпела быстрое и эффективное звездообразование почти сразу после окончания тёмных веков Вселенной.
Последствия для звездообразования и космической эволюции
Данные также показали, что ионизированный газ в JADES-GS-z14-0 движется со скоростью около 70 километров в секунду, что предполагает динамическую массу почти в один миллиард солнечных масс. Это указывает на наличие значительного гало тёмной материи, что ещё больше противоречит ожиданиям о том, когда могли впервые появиться крупномасштабные галактические структуры.
Дальнейшие наблюдения JWST обнаружили избыток сигнала на длине волны 7,7 микрон, что согласуется с сильными излучениями от водорода и кислорода. Эти результаты подтверждают богатую кислородом среду, выведенную из данных ALMA, и указывают на то, что почти 10% ионизирующих фотонов могут уходить в межгалактическую среду. Эта потенциальная утечка фотонов могла сыграть роль в эпохе реионизации, помогая свету проходить через иначе непроницаемый туман ранней Вселенной.
Модели теперь должны учитывать либо более быстрые всплески звездообразования, либо более эффективное перемешивание остатков сверхновых, что позволило бы кислороду появиться гораздо раньше, чем предполагалось ранее. Пока неясно, является ли это единичным случаем или представляет более широкую закономерность.
Голоса из исследовательской среды: переосмысление космоса
Открытие вызвало удивление и восторг в научном сообществе.
«Я был поражён неожиданными результатами, потому что они открыли новый взгляд на первые фазы эволюции галактик», — сказал Стефано Карниани из Высшей нормальной школы в Пизе.
Эти результаты требуют пересмотра многих устоявшихся предположений. Теории, основанные на постепенной аккреции газа и умеренных темпах звездообразования, теперь кажутся недостаточными для объяснения такой галактики, как JADES-GS-z14-0. Новые модели должны учитывать такие возможности, как преобладание массивных звёзд в звёздных популяциях, которые обогащают своё окружение более быстрыми темпами, или формирование и коллапс гало, богатых газом, гораздо раньше, чем предполагалось в симуляциях.
«Это показывает удивительную синергию между ALMA и JWST, раскрывающую формирование и эволюцию первых галактик», — добавил Рихард Бувенс из Лейденской обсерватории.
Вместе эти инструменты позволили заглянуть во время, когда галактики могли расти гораздо быстрее, чем мы когда-либо предполагали.
Следующие шаги: более совершенные инструменты для более глубоких вопросов
Работа ещё далека от завершения. Будущие спектроскопические кампании JWST направлены на обнаружение линий углерода и азота в том же регионе, чтобы дополнить наше понимание ранних галактических экосистем. Тем временем наблюдения ALMA на более высоких частотах будут пытаться уловить слабое излучение пыли, что даст представление о том, как быстро пыль формировалась вместе с металлами.
Предстоящий запуск чрезвычайно большого телескопа (ELT) позволит разрешить скопления звездообразования размером всего в несколько сотен световых лет. Эти инструменты помогут проверить, представляет ли JADES-GS-z14-0 редкий ранний пример успеха или подобные галактики были более распространены, чем считалось ранее.
ALMA также планирует провести исследование десятков кандидатов с красным смещением 12, чтобы обнаружить дополнительный кислород и определить, является ли это открытие исключительным или частью более широкой космической тенденции.
Галактика, которая росла слишком быстро
Присутствие кислорода в JADES-GS-z14-0 всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва сжимает раннюю космическую временную шкалу, ставя под сомнение то, что мы думали, что знаем о формировании галактик. Вместо медленной эволюции через иерархическое наращивание эта галактика, похоже, претерпела ранний всплеск роста, который противоречит ожиданиям и расширяет границы современных космологических моделей.
С учётом вероятности новых открытий астрономы сейчас пересматривают основы звёздной эволюции, процессы обратной связи и даже природу гало тёмной материи. Ясно одно: ранняя Вселенная не была такой медленной или простой, как мы когда-то считали. И благодаря обсерваториям нового поколения мы только начинаем раскрывать истории, которые она может рассказать.