The Astrophysical Journal: Богатые газом галактики зажгли раннюю Вселенную

Новые изображения, полученные с помощью космического телескопа James Webb, JWST, помогли австралийским астрономам раскрыть секреты того, как младенческие галактики начали взрыв звездообразования в самой ранней Вселенной.

Некоторые ранние галактики изобиловали газом, который светился настолько ярко, что затмевал зарождающиеся звезды. В опубликованном сегодня исследовании астрономы выяснили, насколько распространены были эти яркие галактики около 12 млрд лет назад.

Изображения, полученные с помощью JWST, показали, что почти 90% галактик в ранней Вселенной имели такой светящийся газ, создавая так называемые «особенности экстремальных эмиссионных линий».

Звезды в этих молодых галактиках были замечательными, они производили нужное количество излучения, чтобы возбудить окружающий газ. Этот газ, в свою очередь, светился даже ярче, чем сами звезды, — говорит доктор Аншу Гупта из Центра передового опыта ARC по астрофизике всего неба в трех измерениях (ASTRO 3D) и узла Университета Кертина Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR), ведущий автор статьи, описывающей это открытие.

До сих пор было трудно понять, как эти галактики смогли накопить такое количество газа. Полученные нами результаты позволяют предположить, что каждая из этих галактик имеет по крайней мере одну близкую соседнюю галактику. Взаимодействие между этими галактиками привело бы к охлаждению газа и началу интенсивного звездообразования, что и привело бы к появлению этого экстремального излучения.

Это открытие является наглядным примером того, что телескоп JWST обеспечивает непревзойденную четкость при изучении ранней Вселенной.

Качество данных, получаемых с телескопа James Webb, является исключительным, — говорит доктор Гупта.

Он обладает глубиной и разрешением, необходимыми для того, чтобы увидеть соседей и окружающую среду вокруг ранних галактик, когда возраст Вселенной составлял всего 2 млрд лет. Благодаря такой детализации мы смогли увидеть заметную разницу в количестве соседей между галактиками с экстремальными эмиссионными характеристиками и галактиками без них.

Ранее нам с трудом удавалось получить четкое представление о галактиках возрастом около 2 млрд. лет. Поскольку многие звезды еще не успели сформироваться, задача усложнялась тем, что галактик было гораздо меньше.

До появления JWST мы могли получить представление только о действительно массивных галактиках, большинство из которых находятся в очень плотных скоплениях, что затрудняет их изучение, — говорит доктор Гупта.

С имеющимися на тот момент технологиями мы не могли наблюдать 95% галактик, которые мы использовали в данном исследовании. Телескоп James Webb произвел революцию в нашей работе.

Открытие подтвердило ранее высказанные предположения, говорит соавтор исследования доцент Тран, сотрудник ASTRO 3D и Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института.

Мы подозревали, что эти экстремальные галактики являются указателями интенсивных взаимодействий в ранней Вселенной, но только с помощью острого зрения JWST мы смогли подтвердить нашу догадку, — говорит она.

Исследование опиралось на данные, полученные в рамках обзора JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), который изучает Вселенную самых ранних галактик с помощью глубоких инфракрасных изображений и многообъектной спектроскопии. Это открывает путь к дальнейшим открытиям.

Что действительно интересно в этой работе, так это то, что мы видим сходство эмиссионных линий между самыми первыми галактиками и галактиками, которые образовались совсем недавно и которые легче измерить. Это означает, что теперь у нас есть больше возможностей ответить на вопросы о ранней Вселенной — периоде, который технически очень трудно изучить, — говорит второй автор работы Рави Джайсвар (Ravi Jaiswar), аспирант Университета Кертина/ICRAR и ASTRO 3D.

Это исследование является ключевым для программы «Эволюция галактик».

Понимание того, как выглядели ранние галактики, позволит нам в дальнейшем ответить на вопросы о происхождении элементов, из которых состоит все в нашей повседневной жизни на Земле, — заключает профессор Эмма Райан-Вебер (Emma Ryan-Weber), директор ASTRO 3D.

06.11.2023