Вселенная в пыли: телескопы разглядели «невидимые» галактики на заре времен

История Вселенной долгое время напоминала огромный фотоальбом, из которого были навсегда вырваны страницы, описывающие юность и расцвет галактик. До недавнего времени астрономы могли лишь гадать, как выглядел этот потерянный фрагмент космической хроники, имея в своем распоряжении только разрозненные снимки младенчества мироздания и его глубокой старости. Но теперь, благодаря работе международной группы ученых, эти страницы наконец-то обретены. Совершенное ими открытие не только восстанавливает связь времен, но и ставит под сомнение фундаментальные теории космологии.

Группа из 48 астрономов из 14 стран под руководством Массачусетского университета в Амхерсте совершила путешествие во времени, заглянув в самую глубокую древность. Они обнаружили популяцию пылевых галактик, которые вели активное звездообразование, когда Вселенной было всего около миллиарда лет от роду. Это открытие, опубликованное в журнале The Astrophysical Journal Letters, подобно недостающему фрагменту головоломки, связывает воедино недавно найденные сверхдалекие яркие галактики и древние «мертвые» галактики, ставя под сомнение наши фундаментальные представления об эволюции вселенной.

Долгое время эти космические объекты оставались невидимками. Как объясняет ведущий автор исследования Хорхе Завала, доцент кафедры астрономии Массачусетского университета, его работа направлена на изучение редких пылевых звездообразующих галактик, которые наука научилась обнаруживать лишь в конце 1990-х годов. Главная трудность заключается в том, что эти галактики буквально окутаны плотной пеленой космической пыли. Эта пыль выступает в роли идеального камуфляжа: она поглощает ультрафиолетовый и видимый свет молодых звезд, делая галактики абсолютно черными для оптических телескопов вроде знаменитого «Хаббла». Они словно спрятаны за густой завесой, сквозь которую невозможно ничего разглядеть в обычном свете.

Но там, где бессилен видимый свет, на помощь приходят другие диапазоны электромагнитного спектра. Ключом к разгадке стала физика: поглощая ультрафиолетовое излучение, пыль неизбежно нагревается и начинает испускать инфракрасное излучение. Это тепло, этот слабый свет далеких галактик способны уловить субмиллиметровые телескопы. Именно таким инструментом и стал ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) — гигантский телескоп, расположенный в высокогорной пустыне Атакама в Чили. С помощью ALMA исследователи смогли «увидеть» тепло, исходящее от пыли, и идентифицировать около 400 ярких пылевых галактик.

Однако подтвердить, что эти объекты действительно находятся на краю наблюдаемой Вселенной, было невозможно без еще более точных данных. И здесь на сцену вышел новый герой астрономии — космический телескоп Джеймс Уэбб. Используя его возможности в ближнем инфракрасном диапазоне, ученые смогли отсеять шумы и точно определить примерно 70 слабых кандидатов в пылевые галактики, большинство из которых никогда не наблюдались ранее. Комбинируя данные ALMA и «Уэбба», команда ученых подтвердила: эти тусклые красные точки на снимках не что иное, как массивные галактики, существовавшие почти 13 миллиардов лет назад, когда Вселенная была совсем молодой.

Но самая захватывающая часть этого открытия кроется не в технических деталях наблюдений, а в том, что эти галактики говорят нам о времени. Эти объекты не просто старые, они настоящие космические фабрики. «Пылевые галактики — это массивные галактики с большим количеством металлов и космической пыли, — поясняет Хорхе Завала. И эти галактики очень старые, а это значит, что звезды формировались в ранней Вселенной, раньше, чем предсказывают наши современные модели».

Более того, ученые увидели удивительную картину преемственности. Новооткрытые галактики идеально вписываются в цепочку между двумя другими типами редких объектов. С одной стороны, это сверхъяркие галактики, которые недавно обнаружил телескоп Джеймс Уэбб, они представляют собой бурную, стремительную молодость, когда звездообразование шло с колоссальной скоростью сразу после Большого взрыва. С другой стороны, существуют так называемые «спокойные» или «мертвые» галактики — гигантские реликты, которые исчерпали свой звездообразовательный потенциал примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва и с тех пор лишь тихо стареют.

«Пылевые галактики — это массивные галактики с большим количеством металлов и космической пыли, — поясняет Хорхе Завала. И эти галактики очень старые, а это значит, что звезды формировались в ранней Вселенной, раньше, чем предсказывают наши современные модели».

Найденные пылевые галактики занимают промежуточное положение. Это не буйные юнцы, но еще и не старики. Это «молодые взрослые» галактики, запечатленные в самом расцвете своей звездообразующей активности. Получается, что у астрономов теперь есть уникальная возможность взглянуть на полный жизненный цикл галактик: от яркого, пылкого начала через зрелую, продуктивную фазу, скрытую завесами пыли, к тихому и холодному финалу.

Конечно, для того чтобы превратить эту красивую гипотезу в доказанную теорию, потребуются годы дополнительных исследований и наблюдений. Но если предположения команды подтвердятся, это будет означать тектонический сдвиг в космологии. Придется признать, что в современных компьютерных моделях, описывающих рождение и эволюцию Вселенной, не хватает какого-то важного компонента или процесса. А главное, это докажет, что звезды и галактики начали формироваться гораздо раньше, чем мы когда-либо могли себе представить.