Далекая голубая галактика может быть эффективным «фонарем» эпохи реионизации

Астрономы под руководством Юньцзин У из Токийского университета с помощью космического телескопа Джеймс Уэбб обнаружили, что далекая галактика EBG-1, свет от которой шел около 530 миллионов лет после Большого взрыва, возможно, выпускает в окружающее пространство до 85% своего ионизирующего излучения. Это делает ее одним из самых эффективных «поставщиков» ультрафиолета, которые могли разогревать и ионизировать первичный водород во Вселенной. Результаты опубликованы в виде препринта на arXiv и отправлены в ApJL.

Галактика EBG-1 интересна не сама по себе, а тем, что она помогает ответить на вопрос, мучивший астрофизиков долгое время: кто именно «включил свет» в ранней Вселенной. После Большого взрыва пространство было заполнено нейтральным водородом, который поглощал ультрафиолет.

Чтобы газ стал прозрачным, его электроны нужно было оторвать от ядер — ионизировать. Эту работу выполняли молодые звезды, но большая часть их жесткого излучения обычно застревает внутри родной галактики, поглощаясь газом и пылью. Наружу вырывается лишь небольшая доля, которую называют долей утечки. Именно ее и попытались измерить для EBG-1.

Повезло с ракурсом: на пути между нами и EBG-1 находится массивное скопление галактик MACS0647. Его гравитация работает как увеличительное стекло, искривляя и усиливая свет далекой галактики. Без этой природной линзы разглядеть детали в объекте на красном смещении 9,244 было бы почти невозможно. Наблюдения вели спектрографом NIRSpec в течение 14 часов, это достаточно долго, чтобы уловить слабые линии химических элементов и оценить, сколько света галактика отдает наружу.

Ключевой сигнал пришел от необычайно синего ультрафиолетового спектра EBG-1. Такой цвет обычно означает либо полное отсутствие пыли, либо очень молодые звезды, либо, что важнее всего, утечку ионизирующих фотонов, которые не успевают поглотиться внутри галактики. Дополнительным аргументом стали слабые эмиссионные линии: кислород виден, водород едва различим, а углерод не обнаруживается вовсе.

Кислорода в EBG-1 оказалось всего около 3% от солнечного количества, что типично для галактик, которые только начинают обогащаться тяжелыми элементами. Сравнив наблюдаемый спектр с синтетическими моделями, команда ученых пришла к выводу, что лучше всего данным соответствует доля утечки около 85%, хотя минимальная оценка — примерно 75%.

Здесь важно понимать, что 85% это не прямое измерение, а результат сопоставления с моделями. Сами ионизирующие фотоны до нас не доходят, их поглощает межгалактический водород по пути. Кроме того, водородная линия зафиксирована лишь на грани чувствительности, а по углероду есть только верхний предел.

Если интерпретация верна, EBG-1 показывает, что сравнительно яркие галактики, а не только многочисленные тусклые карлики, могли вносить заметный вклад в реионизацию. Но это пока один объект, и его окружение не изучено: неизвестно, насколько типична такая высокая утечка и какую роль играют соседи галактики в локальном балансе ионизации.

В итоге можно сказать, что EBG-1 интригующий кандидат в «сквозные» галактики ранней Вселенной, но вывод о 85-процентной утечке остается модельно-зависимым и предварительным, а окончательный ответ дадут будущие наблюдения ее соседей и более глубокие спектры.