Вебб відкриває таємницю первісних галактик Всесвіту

0
1 464 views
Дві найвіддаленіші галактики, які бачили на сьогоднішній день
Дві найвіддаленіші галактики, які бачили на сьогоднішній день, зображені на цих знімках Вебба зовнішніх регіонів гігантського скупчення галактик Abell 2744. Галактики знаходяться не всередині скупчення, а на багато мільярдів світлових років позаду нього. Авторство: NASA, ESA, CSA, T. Treu (UCLA)

Через кілька днів після офіційного початку наукових операцій космічний телескоп NASA/ESA/CSA Джеймса Вебба підштовхнув астрономів у царство ранніх галактик, які раніше були приховані за межами охоплення іншими телескопами.

Зараз Вебб розкриває дуже багатий Всесвіт, де перші галактики, що формуються, надзвичайно відрізняються від зрілих галактик, які ми бачимо навколо нас сьогодні. Дослідники виявили дві надзвичайно яскраві галактики, які існували приблизно через 300 і 400 мільйонів років після Великого вибуху. Їх надзвичайна яскравість спантеличує астрономів.

Дві найвіддаленіші галактики, які бачили на сьогоднішній день
Дві найвіддаленіші галактики, які бачили на сьогоднішній день, зображені на цих знімках Вебба зовнішніх регіонів гігантського скупчення галактик Abell 2744. Галактики знаходяться не всередині скупчення, а на багато мільярдів світлових років позаду нього.
Авторство: NASA, ESA, CSA, T. Treu (UCLA)

Переворот попередніх уявлень

Молоді галактики перетворюють газ на зірки так швидко, як тільки можуть, і вони здаються ущільненими в сферичні або дискові форми, які набагато менші, ніж наша галактика Чумацький Шлях. Початок народження зірок, можливо, відбувся лише через 100 мільйонів років після Великого вибуху, який стався 13,8 мільярдів років тому.

«Все, що ми бачимо, нове. Вебб показує нам, що існує дуже багатий Всесвіт, який перевершує те, що ми собі уявляли, — сказав Томмазо Треу з Каліфорнійського університету в Лос-Анджелесі, один із дослідників однієї з програм Вебба. – Знову Всесвіт нас здивував. Ці ранні галактики дуже незвичайні в багатьох відношеннях».

Результати взято з наукової програми Webb GLASS-JWST Early Release Science (дослідження Grism Lens Amplified Survey from Space) і дослідження Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS).  Дві дослідницькі роботи під керівництвом Марко Кастеллано з Національного інституту астрофізики в Римі, Італія, та Рохана Найду з Центру астрофізики | Harvard & Smithsonian і Массачусетський технологічний інститут у Кембриджі, штат Массачусетс, були опубліковані в Astrophysical Journal Letters.

Найвіддаленіші галактики

Всього за чотири дні аналізу дослідники знайшли дві надзвичайно яскраві галактики на зображеннях GLASS-JWST. Ці галактики існували приблизно через 450 і 350 мільйонів років після Великого вибуху (з червоним зміщенням приблизно 10,5 і 12,5 відповідно), що допоможуть підтвердити майбутні спектроскопічні вимірювання за допомогою Вебба.

Галактика з позначкою 1 (див. зображення) існувала лише через 450 мільйонів років після Великого вибуху. А Галактика з позначкою 2 існувала 350 мільйонів років після Великого вибуху. Обидві видно дуже близько до Великого вибуху, який стався 13,8 мільярдів років тому. Ці галактики крихітні порівняно з нашим Чумацьким Шляхом, вони становлять лише кілька відсотків від його розміру.

«З Веббом ми були вражені виявленням найдальшого зоряного світла, яке будь-хто бачив, лише через кілька днів після того, як Вебб опублікував свої перші дані”, — зазначив Рохан Найду з приводу відкриття більш віддаленої галактики GLASS, яку називають GLASS-z12, яка, як вважають, датується 350 мільйонами років після Великого вибуху. Попередній рекордсмен — галактика GN-z11, яка існувала 400 мільйонів років після Великого вибуху (червоне зміщення 11,1) і була ідентифікована в 2016 році Хабблом і Обсерваторією Кека в програмах глибокого космосу.

« Грунтуючись на всіх передбаченнях, ми вважали, що нам потрібно шукати набагато більший обсяг космосу, щоб знайти такі галактики », — сказав Кастеллано.

«Від цих спостережень просто вибухає голова. Це абсолютно новий розділ в астрономії – як археологічні розкопки, коли раптом знаходиш загублене місто або щось, про що ти не знав. І це просто вражає», – додала Паола Сантіні, четверта авторка статті Castellano et al. Папір GLASS-JWST.

Яскравість галактик

Спостереження Вебба спонукають астрономів до консенсусу, що незвичайна кількість галактик у ранньому Всесвіті була набагато яскравішою, ніж очікувалося. Дослідники кажуть, що це полегшить Веббу пошук ще більшої кількості ранніх галактик у наступних оглядах глибокого неба.

«Ми знайшли щось неймовірно захоплююче. Ці галактики повинні були почати збиратися разом, можливо, лише через 100 мільйонів років після Великого вибуху. Ніхто не очікував, що темні віки закінчаться так рано, — сказав Гарт Іллінгворт з Каліфорнійського університету в Санта-Крус. – Первинний Всесвіт мав би лише одну соту свого нинішнього віку. Це уламок часу в космосі, якому 13,8 мільярда років, що розвивається».

Команда астрономів була вражена можливістю виміряти форми цих перших галактик. Їхні спокійні, впорядковані диски ставлять під сумнів наше розуміння того, як утворилися перші галактики в переповненому, хаотичному ранньому Всесвіті. Це видатне відкриття компактних дисків у такі ранні часи стало можливим лише тому, що зображення Вебба набагато чіткіші в інфрачервоному світлі, ніж зображення Хаббла.

кластер Пандори, первісні галактики

Популяція III

Іллінгворт підкреслив, що дві яскраві галактики, знайдені командами, мають багато світла. Він сказав, що одним з варіантів є те, що вони могли бути дуже масивними, з великою кількістю зірок малої маси, як пізніші галактики. Крім того, вони можуть бути набагато менш масивними, складатися з набагато меншої кількості надзвичайно яскравих зірок, відомих як зірки Популяції III. Довго вважалося, що вони будуть першими зірками, які коли-небудь народжувалися, палаючи при високих температурах і складаючись лише з первісного водню та гелію Адже лише пізніше зірки готуватимуть важчі елементи у своїх термоядерних печах. У місцевому Всесвіті не видно таких надзвичайно гарячих первісних зірок.

Дійсно, найвіддаленіше джерело дуже компактне, і його кольори, здається, вказують на те, що його зоряне населення особливо позбавлене важких елементів і може навіть містити деякі зірки Популяції III. Лише спектри, заміряні Веббом, покажуть це точніше.

Сучасні оцінки відстані Вебба до цих двох галактик базуються на вимірюванні їх інфрачервоних кольорів. Зрештою, подальші спектроскопічні вимірювання, які покажуть, як світло розтягується у Всесвіті, що розширюється, забезпечать незалежну перевірку цих космічних вимірювань.