Вебб відкриває таємниці злиття галактик після Великого вибуху

0
4 048 views
Вебб відкриває таємниці злиття галактик після Великого вибуху
На цьому зображенні зображена галактика EGSY8p7, яскрава галактика в ранньому Всесвіті, де світло випромінюється, серед іншого, від збуджених атомів водню — випромінювання Lyman-α. Галактика була ідентифікована в полі молодих галактик, які вивчав Вебб під час огляду CEERS. На двох нижніх панелях висока чутливість Вебба виділяє цю віддалену галактику разом із двома її галактиками-супутниками, де попередні спостереження бачили лише одну більшу галактику на її місці. Авторство: ESA/Webb, NASA & CSA, S. Finkelstein (UT Austin), M. Bagley (UT Austin), R. Larson (UT Austin), A. Pagan (STScI), C. Witten, M. Zamani (ESA/Webb) )

Однією з ключових місій космічного телескопа Джеймса Вебба є дослідження раннього Всесвіту. Тепер, завдяки неперевершеній роздільній здатності та чутливості інструменту NIRCam, вчені вперше побачили, що являє собою локальне оточення галактик у дуже ранньому Всесвіті.

Це вирішило одну з найзагадковіших загадок в астрономії – чому астрономи виявляють світло від атомів водню, яке мало б бути повністю заблоковане первинним газом, що утворився після Великого вибуху.

Дослідження первісного Всесвіту

Нові спостереження Вебба виявили маленькі, слабкі об’єкти, що оточують ті самі галактики, які демонструють “незрозуміле” випромінювання водню. У поєднанні з найсучаснішими симуляціями галактик у ранньому Всесвіті, спостереження показали, що хаотичне злиття цих сусідніх галактик є джерелом викиду водню.

Світло поширюється з кінцевою швидкістю (300 000 кілометрів на секунду), а це означає, що чим далі знаходиться галактика, тим більше часу знадобилося світлу від неї, щоб досягти нашої Сонячної системи. Таким чином, спостереження за найвіддаленішими галактиками не лише досліджують далекі куточки Всесвіту, але й дозволяють нам вивчати Всесвіт таким, яким він був у минулому.

Для вивчення раннього Всесвіту астрономам потрібні надзвичайно потужні телескопи, здатні спостерігати дуже далекі – і тому дуже слабкі – галактики. Однією з ключових можливостей Вебба є його здатність спостерігати ці дуже далекі галактики, а отже, досліджувати ранню історію Всесвіту. Міжнародна команда астрономів чудово використала дивовижну здатність Вебба для вирішення давньої загадки в астрономії.

Таємниці злиття галактик

Найдавніші галактики були місцями енергійного і активного зореутворення, і тому були багатими джерелами світла, випромінюваного атомами водню, яке називається випромінюванням Лаймана-α. Однак в епоху реіонізації ці зони активного зореутворення (також відомі як зоряні розплідники) оточувала величезна кількість нейтрального водневого газу. Більше того, простір між галактиками був заповнений більшою кількістю цього нейтрального газу, ніж сьогодні.

Газ може дуже ефективно поглинати і розсіювати цей вид водневого випромінювання, тому астрономи давно передбачали, що рясне випромінювання Лаймана-α, яке випускалося в дуже ранньому Всесвіті, не повинно спостерігатися сьогодні. Однак ця теорія не завжди витримувала ретельну перевірку, оскільки приклади дуже раннього випромінювання водню астрономи спостерігали раніше. Це створило загадку: як так сталося, що ця емісія водню, яка вже давно мала б бути поглинута або розсіяна, спостерігається?

Дослідник з Кембриджського університету і головний дослідник нового дослідження Каллум Віттен пояснює:

“Однією з найзагадковіших проблем попередніх спостережень було виявлення світла від атомів водню в дуже ранньому Всесвіті, яке повинно було бути повністю заблоковане чистим нейтральним газом, що утворився після Великого вибуху. Раніше було запропоновано багато гіпотез для пояснення великої втечі цього “незрозумілого” випромінювання”.

Важливі злиття галактик

Прорив команди став можливим завдяки надзвичайному поєднанню кутової роздільної здатності та чутливості Вебба. Спостереження за допомогою інструменту NIRCam Вебба змогли розрізнити менші, слабші галактики, які оточують яскраві галактики, з яких було виявлено “незрозумілу” емісію водню. Іншими словами, околиці цих галактик виявляються набагато жвавішим місцем, ніж ми вважали раніше, заповненим маленькими, слабкими галактиками.

Дуже важливо, що ці маленькі галактики взаємодіяли і зливалися одна з одною, і Вебб виявив, що злиття галактик відіграють важливу роль у поясненні загадкового випромінювання від найдавніших галактик.

Серхіо Мартін-Альварес, член команди зі Стенфордського університету, додає:

“Там, де Хаббл бачив лише велику галактику, Вебб бачить скупчення менших взаємодіючих галактик, і це відкриття мало величезний вплив на наше розуміння несподіваної емісії водню з деяких з перших галактик”.

Комп’ютерні симуляції

Потім команда використала найсучасніші комп’ютерні симуляції, щоб дослідити фізичні процеси, які могли б пояснити їхні результати. Вони виявили, що швидке нарощування зоряної маси в результаті злиття галактик спричинило потужну емісію водню і полегшило вихід цього випромінювання каналами, очищеними від великої кількості нейтрального газу. Таким чином, висока швидкість злиття раніше неспостережуваних малих галактик стала переконливим рішенням давньої загадки “незрозумілої” ранньої емісії водню.

Команда планує подальші спостереження за галактиками на різних стадіях злиття, щоб продовжити розвивати своє розуміння того, як відбувається викид водню з цих мінливих систем. Зрештою, це дозволить їм покращити наше розуміння еволюції галактик.