Просмотр новости
Найдите то, что Вас интересует
Спутники
РН
SpaceX
Роскосмос
NASA
СпутникиРНSpaceXРоскосмосNASAJWST обнаружил, что ранние галактики уже заселяли Вселенную тяжелыми элементами
Когда Вселенная была еще совсем юной — всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва, или примерно через 3% от ее нынешнего возраста, — некоторые из самых ранних звезд и галактик уже сформировались. Астрономы давно предполагали, что большая часть газа, окружающего эти молодые галактики, должна была оставаться относительно нетронутой и состоять в основном из водорода и гелия — первичных элементов, доступных в новорожденном космосе.
Согласно исследованию эта картина, скорее всего, неверна. Вместо этого галактики уже в гораздо более ранний период, чем предполагали астрономы, насыщали космос тяжелыми элементами, такими как кислород и углерод.
«Мы обнаружили, что тяжелые элементы покидали галактики очень, очень рано в космическом масштабе времени, — говорит Йонда Чжу, первый автор статьи и постдокторант кафедры астрономии и обсерватории Стюарда при Университете Аризоны. — Галактики не только производили эти элементы, но и рассеивали их, возможно, обогащая ими другие галактики».
Как Вселенная обрела свои элементы
В ранней Вселенной в космосе почти не было ничего, кроме водорода и гелия — двух простейших элементов в самом верху периодической таблицы. Со временем гравитация притянула облака этих простых элементов, образовав звезды, где под воздействием огромного давления и температуры в результате ядерного синтеза и других реакций появились более сложные и тяжелые элементы, такие как углерод и кислород.
Когда звезды сгорали или заканчивали свою жизнь взрывом сверхновой, они выбрасывали эти тяжелые элементы в космос, где они становились строительным материалом для будущих поколений звезд, планет и, в конечном счете, жизни. Даже углерод в наших телах и кислород, которым мы дышим, образовались в более ранних поколениях звезд.
Однако до сих пор было неясно, как и когда более тяжелые элементы попадали из самых ранних галактик в окружающую Вселенную.
Взгляд на ранние галактики
Исследование Чжу было сосредоточено на трех ранних галактиках, свет от которых шел к нам более 13 миллиардов лет. Мы видим их такими, какими они были примерно через 500 миллионов лет после Большого взрыва, в космический период, известный как эпоха реионизации.
В то время первые поколения звезд и галактик преобразовывали раннюю Вселенную, ионизируя водород между собой. Этот процесс, в ходе которого электроны отделялись от ядер водорода, постепенно положил конец космическим «темным векам», позволив ультрафиолетовому излучению свободнее распространяться по Вселенной.
«Мы использовали сами галактики в качестве источников фонового света, — говорит Чжу. — Когда свет от галактик достигал Земли, он проходил через окружающий газ, и мы могли изучать характер его поглощения, чтобы обнаружить определенные элементы».
Наблюдения за этими древними галактиками стали возможны только благодаря инфракрасным возможностям космического телескопа «Джеймс Уэбб», который позволил исследователям увидеть галактики такими, какими они были около 13 миллиардов лет назад. Почти 30 часов экспозиции позволили получить достаточно света, чтобы обнаружить слабые абсорбционные линии в спектрах этих далеких галактик.
В течение одной долгой ночи Чжу вручную просматривал общедоступные спектры «Джеймса Уэбба» сотен галактик и выделил три с абсорбционными линиями, указывающими на присутствие тяжелых элементов, в том числе углерода, кислорода и кремния. Линии поглощения были «сдвинуты в синюю область» относительно красного смещения галактик, что указывало на то, что газ двигался от галактик и переносил кислород, углерод и другие тяжёлые элементы в межгалактическое пространство.
Химический состав этих молодых галактик был очень похож на состав развитых галактик, существовавших миллиарды лет спустя, что свидетельствует о том, что даже на заре Вселенной галактики уже производили и распространяли тяжёлые элементы в окружающем их пространстве.
«Представьте, что эти элементы, образовавшиеся из звезд галактик, — это пищевой краситель, который вы бросили в стакан с водой, — говорит Чжу. — Цвет начинает распространяться по воде, и точно так же эти тяжелые элементы из ранних галактик начали улетучиваться в космос и «обогащать» окружающее пространство».
Барионный цикл
Процесс обмена веществом между галактиками называется барионным циклом. Это одна из причин, по которой галактики являются не изолированными системами, а взаимосвязанными частями более крупной галактической экосистемы. Материя, образованная одним поколением звезд, может быть переработана и перераспределена в рамках этой галактической экосистемы.
Открытие раннего барионного цикла также может помочь объяснить, почему астрономам так сложно найти первое поколение звезд, известное как звезды населения III. Считается, что это были самые первые звезды, сформировавшиеся из первичного газа, содержащего только водород и гелий, до того, как были образованы и рассеяны по Вселенной более тяжелые элементы.
Если галактики уже обогащали окружающую среду всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва, то по-настоящему первозданный газ — и сформировавшиеся из него звезды населения III — просто не просуществовал бы достаточно долго, чтобы его можно было наблюдать.
«Если вы начнете с чистого ванильного мороженого, но вскоре добавите в него посыпку, то очень скоро вы уже не сможете найти чистое ванильное мороженое», — сказал Чжу.
Источник: Nature Astronomy, Аризонский университет
На изображении:
Художественная визуализация ранней галактики и окружающей ее газообразной среды. Оранжевые структуры представляют собой обогащенный металлами газ, выбрасываемый из галактики. Это иллюстрация того, как молодые галактики начали рассеивать тяжелые элементы в окружающем пространстве в первые 500 миллионов лет существования Вселенной. Визуализация основана на общедоступных данных космологического моделирования FIRE-2 и не является прямым изображением, полученным с помощью телескопа.
Источник: Йонда Чжу