Оглядываясь назад, в сторону космического рассвета: астрономы подтверждают, что это самая тусклая галактика, которую когда-либо видели

Переиздано Платоном

Читают: 0

Вселенная, в которой мы живем, прозрачна, и свет звезд и галактик ярко сияет на ясном темном фоне. Но так было не всегда — в ранние годы Вселенная была заполнена туманом из атомов водорода, заслонявшим свет самых ранних звезд и галактик.

Считается, что интенсивный ультрафиолетовый свет первых поколений звезд и галактик прожег водородный туман, превратив вселенную в то, что мы видим сегодня. В то время как у предыдущих поколений телескопов не было возможности изучать эти ранние космические объекты, астрономы теперь используют космического телескопа Джеймса Веббапередовой технологии для изучения звезд и галактик, которые образовались сразу после Большого взрыва.

Я астроном, изучающий самые далекие галактики во Вселенной с помощью передовых в мире наземных и космических телескопов. Используя новые наблюдения телескопа Уэбба и явление, называемое гравитационным линзированием, моя команда подтвердил существование самой слабой галактики, известной в настоящее время в ранней Вселенной. Галактика, названная JD1, видна такой, какой она была, когда Вселенной было всего 480 миллионов лет, или 4 процента ее нынешнего возраста.

Краткая история ранней Вселенной

Первые миллиарды лет жизни Вселенной были переломный период в его эволюции. В первые мгновения после Большого взрыва материя и свет были связаны друг с другом в горячем густом «супе» из элементарные частицы.

Однако через долю секунды после Большого взрыва Вселенная расширился чрезвычайно быстро. Это расширение в конечном итоге позволило Вселенной достаточно охладиться, чтобы свет и материя отделились от своего «супа» и — примерно 380,000 XNUMX лет спустя — образовали атомы водорода. Атомы водорода выглядели как межгалактический туман, и без света от звезд и галактик Вселенная была темной. Этот период известен как космические темные века.

Появление первых поколений звезд и галактик через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва залило Вселенную чрезвычайно горячим ультрафиолетовым светом, который сжигал — или ионизировал — водородный туман. Этот процесс породила прозрачную, сложную и прекрасную вселенную, которую мы видим сегодня.

Такие астрономы, как я, называют первый миллиард лет существования Вселенной — когда этот водородный туман рассеялся — эпоха реионизации. Чтобы полностью понять этот период времени, мы изучаем, когда образовались первые звезды и галактики, каковы были их основные свойства и были ли они способны производить достаточно ультрафиолетового света, чтобы сжечь весь водород.

[Встраиваемое содержимое]

Поиск слабых галактик в ранней Вселенной

Первым шагом к пониманию эпохи реионизации является определение и подтверждение расстояний до галактик, которые, по мнению астрономов, могут быть ответственны за этот процесс. Поскольку свет движется с конечной скоростью, требуется время, чтобы добраться до наших телескопов, поэтому астрономы видеть объекты такими, какими они были в прошлом.

Например, свету из центра нашей галактики, Млечного Пути, требуется около 27,000 27,000 лет, чтобы достичь нас на Земле, поэтому мы видим его таким, каким он был 13.8 XNUMX лет назад. Это означает, что если мы хотим вернуться к самым первым мгновениям после Большого Взрыва (вселенная существует XNUMX миллиарда лет), мы должны искать объекты на экстремальных расстояниях.

Поскольку галактики, живущие в этот период времени, находятся так далеко, они кажутся чрезвычайно слабый и маленький к нашим телескопам и излучают большую часть своего света в инфракрасном диапазоне. Это означает, что для их обнаружения астрономам нужны мощные инфракрасные телескопы, такие как Уэбб. До Уэбба практически все далекие галактики, обнаруженные астрономами, были исключительно яркими и большими просто потому, что наши телескопы не были достаточно чувствительными, чтобы увидеть более слабые и маленькие галактики.

Однако именно последняя популяция гораздо более многочисленна, репрезентативна и, вероятно, будет основной движущей силой процесса реионизации, а не яркие. Итак, астрономы должны изучить эти слабые галактики более подробно. Это все равно, что пытаться понять эволюцию людей, изучая целые популяции, а не нескольких очень высоких людей. Позволив нам увидеть слабые галактики, Уэбб открывает новое окно в изучение ранней Вселенной.

Типичная ранняя галактика

JD1 — одна из таких «типичных» слабых галактик. Это было обнаружен в 2014 году с помощью космического телескопа Хаббл как подозрительная далекая галактика. Но у Хаббла не было ни возможностей, ни чувствительности, чтобы подтвердить свое расстояние — он мог сделать только обоснованное предположение.

Маленький и слабый рядом галактики иногда могут быть ошибочно приняты за далекие, поэтому астрономы должны быть уверены в их расстояниях, прежде чем мы сможем делать заявления об их свойствах. Таким образом, далекие галактики остаются «кандидатами» до тех пор, пока они не будут подтверждены. Телескоп Уэбба, наконец, получил возможность подтвердить это, и JD1 был одним из первых крупных подтверждений Уэбба о чрезвычайно далекой галактике-кандидате, обнаруженной Хабблом. Это подтверждение оценивает его как самая слабая галактика, которую когда-либо видели в ранней Вселенной.

Чтобы подтвердить JD1, мы с международной группой астрономов использовали спектрограф ближнего инфракрасного диапазона Уэбба. НИРСпец, чтобы получить инфракрасный спектр галактики. Спектр позволил нам точно определить расстояние от Земли и определить ее возраст, количество образовавшихся молодых звезд, а также количество пыли и тяжелых элементов, которые она произвела.

Яркие огни (галактики и несколько звезд) на темном фоне неба. Одна тусклая галактика показана в увеличенной рамке как тусклое пятно. — Небо, полное галактик и нескольких звезд. JD1, изображенная в увеличенной рамке, является самой тусклой галактикой, обнаруженной в ранней Вселенной. Изображение предоставлено: Гвидо Робертс-Борсани/UCLA; оригинальные изображения: NASA, ESA, CSA, Технологический университет Суинберна, Университет Питтсбурга, STScI.

Гравитационное линзирование, увеличительное стекло природы

Даже для Уэбба JD1 было бы невозможно увидеть без помощи природы. JD1 находится за большим скоплением близлежащих галактик, называемых Абель 2744, чья объединенная гравитационная сила изгибает и усиливает свет от JD1. Этот эффект, известный как гравитационное линзирование, заставляет JD1 казаться больше и в 13 раз ярче, чем обычно.

[Встраиваемое содержимое]

Без гравитационного линзирования астрономы не увидели бы JD1, даже с Уэббом. Сочетание гравитационного увеличения JD1 и новых изображений, полученных с другого прибора Уэбба, работающего в ближнем инфракрасном диапазоне, НИРКам, позволил нашей команде изучить структуру галактики с беспрецедентной детализацией и разрешением.

Это не только означает, что мы, как астрономы, можем изучать внутренние области ранних галактик, это также означает, что мы можем начать определять, были ли такие ранние галактики маленькими, компактными и изолированными источниками, или же они сливались и взаимодействовали с соседними галактиками. Изучая эти галактики, мы возвращаемся к строительным блокам, которые сформировали Вселенную и породили наш космический дом.

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Изображение Фото: НАСА/STScI