Вебб знайшов найдавніші галактики, що реіонізували Всесвіт

0
1 934 views
Яскраві білі джерела, оточені туманним сяйвом, — це галактики скупчення Пандори, конгломерату вже масивних скупчень галактик
Яскраві білі джерела, оточені туманним сяйвом, — це галактики скупчення Пандори, конгломерату вже масивних скупчень галактик, які об’єднуються, щоб утворити мега-скупчення. Концентрація маси настільки велика, що тканина простору-часу деформується гравітацією, створюючи природне суперзбільшувальне скло, яке називається «гравітаційною лінзою», яку астрономи можуть використовувати, щоб побачити дуже віддалені джерела світла за межами кластера. Авторство: NASA, ESA, CSA, І. Лаббе (Технологічний університет Суїнберна), Р. Безансон (Піттсбурзький університет), А. Паган (STScI)

Використовуючи безпрецедентні можливості космічного телескопа Джеймса Вебба, міжнародна команда вчених отримала перші спектроскопічні спостереження найслабших галактик, що існували протягом першого мільярда років існування Всесвіту.

Ці знахідки допомагають відповісти на давнє питання астрономів: які джерела спричинили реіонізацію Всесвіту? Ці результати фактично продемонстрували, що малі карликові галактики є ймовірними виробниками величезної кількості енергійного випромінювання.

Ранній Всесвіт

Дослідження еволюції раннього Всесвіту є важливим аспектом сучасної астрономії. Багато чого ще належить зрозуміти про період ранньої історії Всесвіту, відомий як епоха реіонізації. Це був період темряви без зірок і галактик, заповнений густим туманом водневого газу, поки перші зірки не іонізували газ навколо себе і світло не почало проникати крізь нього. Астрономи витратили десятиліття, намагаючись ідентифікувати джерела, які випромінювали достатньо потужне випромінювання, щоб поступово розсіяти цей водневий туман, що вкривав ранній Всесвіт.

Програма Ultradeep NIRSpec і NIRCam ObserVations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) складається з візуальних і спектроскопічних спостережень лінзового скупчення Abell 2744. Міжнародна команда астрономів використовувала гравітаційне лінзування цього об’єкта, також відомого як скупчення Пандори, для дослідження джерел періоду реіонізації Всесвіту.

UNCOVER

Гравітаційне лінзування

Гравітаційне лінзування збільшує і спотворює вигляд віддалених галактик, тому вони виглядають зовсім не так, як ті, що на передньому плані. “Лінза” скупчення галактик настільки масивна, що викривляє саму тканину простору настільки, що світло від далеких галактик, яке проходить крізь викривлений простір, також набуває викривленого вигляду.

Ефект збільшення дозволив команді вивчити дуже віддалені джерела світла за межами Abell 2744, виявивши вісім надзвичайно слабких галактик, які в іншому випадку були б невидимі навіть для Вебба.

Результати перебільшили очікування

Команда виявила, що ці слабкі галактики є величезними виробниками іонізуючого випромінювання на рівнях, в чотири рази більших, ніж передбачалося раніше. Це означає, що більшість фотонів, які реіонізували Всесвіт, ймовірно, прийшли з цих карликових галактик.

“Це відкриття розкриває вирішальну роль ультраслабких галактик в еволюції раннього Всесвіту. Вони виробляють іонізуючі фотони, які перетворюють нейтральний водень в іонізовану плазму під час космічної реіонізації”, – каже член команди Ірина Чемеринська з Паризького астрофізичного інституту у Франції.

За її словами, це підкреслює важливість розуміння галактик з низькою масою у формуванні історії Всесвіту.

“Незважаючи на свій крихітний розмір, ці галактики з низькою масою є потужними виробниками енергійного випромінювання, і їхня кількість у цей період настільки значна, що їхній колективний вплив може трансформувати весь стан Всесвіту”, – додає керівник групи Хакім Атек з Паризького астрофізичного інституту, CNRS, Сорбонського університету, Франція.

Глибокі дослідження

Щоб дійти такого висновку, команда спочатку поєднала дані надглибоких зображень Вебба з допоміжними зображеннями Abell 2744 з космічного телескопа “Габбл”, щоб відібрати надзвичайно слабкі галактики-кандидати в епоху реіонізації. Після цього була проведена спектроскопія за допомогою спектрографа Вебба в ближньому інфрачервоному діапазоні (NIRSpec).

Для отримання багатооб’єктної спектроскопії цих слабких галактик було використано багатозатворну збірку інструменту. Це перший раз, коли вчені надійно виміряли густину цих слабких галактик, і вони успішно підтвердили, що вони є найчисельнішою популяцією в епоху реіонізації. Це також перший випадок, коли було виміряно іонізуючу силу цих галактик, що дозволило астрономам визначити, що вони виробляють достатньо енергійного випромінювання для іонізації раннього Всесвіту.

“Неймовірна чутливість NIRSpec у поєднанні з гравітаційним посиленням, яке забезпечує Abell 2744, дозволила нам ідентифікувати і детально вивчити ці галактики з першого мільярда років існування Всесвіту, незважаючи на те, що вони більш ніж у 100 разів слабкіші за наш Чумацький Шлях”, – каже Атек.

Майбутні дослідження

У майбутній програмі спостережень Вебба під назвою GLIMPSE вчені отримають найглибші спостереження неба за всю історію спостережень. Спрямувавши свої зусилля на інше скупчення галактик, назване Abell S1063, вчені виявлять ще слабші галактики в епоху реіонізації, щоб перевірити, чи є ця популяція репрезентативною для великомасштабного розподілу галактик.

Оскільки ці нові результати ґрунтуються на спостереженнях, отриманих в одному полі, команда зазначає, що іонізаційні властивості слабких галактик можуть виглядати інакше, якщо вони перебувають у надщільних регіонах. Тому додаткові спостереження в незалежній області нададуть додаткові відомості, які допоможуть перевірити ці висновки.

Спостереження GLIMPSE також допоможуть астрономам дослідити період, відомий як Космічний світанок, коли Всесвіту було лише кілька мільйонів років, щоб розвинути наше розуміння появи перших галактик.