Новое «Глубокое поле» Уэбба показывает, как галактики изменили Вселенную
В течение первого миллиарда лет или около того Вселенная была непрозрачной. Звездный свет поглощался нейтральным водородом, существовавшим в межгалактическом пространстве.
Но свет самых массивных звезд вырывал электроны из атомов водорода, делая Вселенную прозрачной. Это известно как эпоха реионизации. Пузыри прозрачного горячего газа образовались вокруг галактик, прежде чем они расширились настолько, что слились со своими соседями. И этот процесс был замечен телескопом Джеймс Уэбб (JWST).
Работа является частью программы «Галактики с эмиссионными линиями» и «Межгалактический газ в эпоху реионизации» (EIGER). В результате было получено потрясающее глубокопольное изображение Вселенной, включающее около 20 000 галактик.
Среди них есть объекты, свет от которых начал свое путешествие, когда Вселенной было всего 900 миллионов лет, прямо в середине Эпохи Реионизации. И благодаря JWST астрономы нашли множество таких объектов.
«Мы рассчитывали идентифицировать несколько десятков галактик, существовавших в эпоху реионизации, но легко смогли выбрать 117 галактик», — сказал Даичи Кашино из Университета Нагоя в Японии.
Благодаря JWST команда астрономов увидела прозрачные области вокруг галактик, а также измерила, насколько большими были эти структуры в то время, доказав, что эти галактики изменяли раннюю Вселенную. В основе наблюдений лежит квазар в центре изображения.
Квазары, или квазизвездные объекты, немного похожи на звезды. На фотографиях Уэбба видны объекты с шестью лучами, которые являются артефактом оптики телескопа, когда дело доходит до звезд переднего плана. Но в отличие от других сине-белых объектов (настоящих звезд), квазар — розовый, в центре изображения и на огромном расстоянии от нас.
Квазары — активные ядра галактик, центральная сверхмассивная черная дыра которых поглощает материал с невероятной скоростью. Они настолько яркие, что их можно использовать как «фонарик» для измерения газа между нами и всеми этими далекими галактиками. Это позволяет команде астрономов изучать влияние галактик на водород, который их окружает.
«Освещая газ вдоль нашего луча зрения, квазар дает нам обширную информацию о составе и состоянии газа», — объясняют ученые.
JWST сделал чрезвычайно подробные изображения галактик в ближнем инфракрасном диапазоне, которые существовали, когда Вселенной было всего 900 миллионов лет, включая невиданные ранее структуры.
Работа является прямым свидетельством роли галактик и их звезд в реионизации Вселенной. Но это еще не все. Наблюдения показывают беспрецедентные детали в этих далеких галактиках. Они, как правило, более плотные, вытянутые, и в них образуется много новых звезд.
У команды EIGER есть еще пять полей для изучения, каждое из которых сосредоточено вокруг центрального квазара. Так что стоит ожидать больше невероятных изображений, больше информации об эпохе реионизации, больше подробностей о молодых галактиках и, какое-то объяснение роста квазаров.
J0100+2802, тот, что на изображении выше, питается от сверхмассивной черной дыры, масса которой в 10 миллиардов раз превышает массу Солнца. Это самая массивная черная дыра из известных в ранней Вселенной, и вопрос о ее росте остается открытым.
«Мы до сих пор не можем объяснить, как квазары смогли стать такими большими на столь раннем этапе истории Вселенной», — говорят ученые. «Это еще одна головоломка, которую нужно решить».