Международная группа астрономов впервые напрямую зарегистрировала ионизирующее излучение от галактики MXDFz4.4, существовавшей через 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва — в конце эпохи реионизации.
Открытие сделано с помощью телескопов Hubble и James Webb, а также данных спектрографа MUSE на VLT в Чили.
Оно может объяснить, как первые звезды и галактики сделали космос прозрачным.
Главные мысли за 1 минуту:
- Впервые зафиксировано ионизирующее излучение от галактики на расстоянии более 12 миллиардов световых лет.
- Галактика MXDFz4.4 существовала в конце эпохи реионизации — через 1,4 млрд лет после Большого взрыва.
- Открытие сделано случайно при анализе архивных данных Hubble, затем подтверждено James Webb и VLT.
- Галактика в 100 раз меньше Млечного Пути, но образует звезды в 10 раз быстрее.
- Молодые звезды пробили «каналы» в нейтральном водороде, выпустив до 100% ионизирующего излучения.
- Hubble оказался единственным телескопом, способным на такие наблюдения в нужном спектральном диапазоне.
- Результаты указывают, что подобные компактные галактики могли быть главными «двигателями» реионизации Вселенной.
Случайное открытие в архивах Hubble и James Webb
Через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была заполнена плотными облаками нейтрального водорода, которые поглощали ультрафиолетовое излучение и препятствовали свободному распространению света. По мере появления первых звёзд и галактик их мощное ультрафиолетовое излучение начало ионизировать окружающий газ, отрывая электроны от атомов водорода. Этот процесс получил название реионизации и стал одним из ключевых этапов эволюции ранней Вселенной.
Несмотря на десятилетия исследований, учёные до сих пор не до конца понимают, как именно проходила реионизация. Хотя астрономам удалось обнаружить множество древних галактик, прямых наблюдений их ионизирующего излучения до настоящего времени не существовало. Считалось, что современные телескопы не обладают достаточной чувствительностью, чтобы зарегистрировать столь слабый сигнал.
Однако после более чем 40 часов наблюдений исследователи впервые смогли зафиксировать такое излучение.
Мы считали, что наблюдать подобную галактику невозможно, — рассказал ведущий автор исследования Ильяс Гуваэртс из Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе.
Учёные ожидали, что "туман" из нейтрального водорода, заполнявший раннюю Вселенную, полностью скроет её ионизирующее излучение. Но телескоп Hubble не только зарегистрировал этот свет, но и позволил подробно изучить свойства самой галактики.
Галактика MXDFz4.4 была обнаружена случайно во время анализа архивных данных Космического телескопа Hubble. Исследователь также использовал изображения Космического телескопа James Webb и данные спектрографа MUSE, установленного на Очень Большом телескопе (VLT) Европейской южной обсерватории в Чили.
Во время обработки данных учёные заметили необычный сигнал.
«Всё произошло очень быстро — от появления идеи до момента, когда я понял, что мы нашли нечто действительно интересное, — рассказал Гуваэртс. — Мы были воодушевлены с первого дня, но затем потребовались месяцы, чтобы подтвердить сигнал и полностью изучить его характеристики».
Спектральный анализ линии излучения Лайман-альфа показал, что галактика существовала примерно через 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва, когда эпоха реионизации уже подходила к завершению.
Свет от MXDFz4.4 путешествовал к Земле более 12 миллиардов лет. За это время расширение Вселенной растянуло длину его волны, сместив излучение в красную область спектра, благодаря чему его смог зарегистрировать телескоп Hubble.
По словам исследователей, уникальное сочетание спектрального диапазона, чувствительности и разрешения Hubble делает его единственным действующим телескопом, способным выполнить подобные наблюдения при таких условиях.
«Астрономы уже обнаружили множество галактик, существовавших в эту эпоху истории Вселенной, однако ни от одной из них ранее не удавалось зарегистрировать ионизирующие фотоны. Именно поэтому MXDFz4.4 является по-настоящему уникальным объектом», — отметил соавтор работы Марк Рафельски, заместитель руководителя научной программы Hubble в STScI.
Компактная галактика с необычайно высокой скоростью звездообразования
Анализ показал, что источником мощного ионизирующего излучения стала исключительно высокая концентрация очень молодых звёзд внутри галактики.
По оценкам исследователей, эти звёзды сформировались несколькими интенсивными вспышками звездообразования в течение последних миллионов лет существования галактики и сосредоточены в чрезвычайно компактной области.
Несмотря на размеры, примерно в 100 раз меньшие, чем у Млечного Пути, MXDFz4.4 образует новые звёзды примерно в десять раз быстрее нашей галактики.
Именно столь высокая плотность молодых звёзд, вероятно, позволила их ультрафиолетовому излучению пробить своеобразные «каналы» в окружающем облаке нейтрального водорода. По расчётам авторов работы, от 50 до 100 % ионизирующего излучения молодых звёзд смогло покинуть галактику и распространиться в межгалактическом пространстве.
Полученные результаты свидетельствуют о том, что именно подобные компактные галактики с бурным звездообразованием могли сыграть ключевую роль в реионизации ранней Вселенной. Учёные полагают, что в будущем удастся обнаружить ещё немало подобных объектов.
