Астрономы нашли доказательства образования звёзд всего через 250 миллионов лет после Большого Взрыва

Леонид Гляделов

Галактический кластер MACS J1149.5 + 2223, снятый с космического телескопа NASA / ESA Hubble, и изображение вставки - это галактика MACS1149-JD1, расположенная на расстоянии 13,28 миллиарда световых лет от ALMA. Здесь распределение кислорода, обнаруженное с помощью ALMA, показано зеленым цветом.

Новости космоса:
Вскоре после Большого Взрыва первые поколения звезд начали изменять химический состав примитивных галактик, медленно обогащая межзвездную среду основными элементами, такими как кислород, углерод и азот. Поиск самых ранних следов этих общих элементов прольет важный свет на химическую эволюцию галактик, включая нашу собственную.

Новые наблюдения с массивным миллиметровым / субмиллиметровым массивом Атакама (ALMA) показывают слабую сигнальную сигнатуру кислорода, поступающего из галактики на рекордном расстоянии 13,28 миллиарда световых лет от Земли, что означает, что мы наблюдаем этот объект так, как он появился когда вселенной было всего 500 миллионов лет, или менее 4 процентов её нынешнего возраста.

Подробнее:

Для такой молодой галактики, известной как MACS1149-JD1, чтобы содержать обнаруженные следы кислорода, она, должно быть, начала создавать звезды еще раньше: примерно 250 миллионов лет после Большого Взрыва. Это исключительно рано в истории вселенной и предполагает, что богатые химические среды быстро развивались.

«Я был в восторге от сигнала о самом отдаленном кислороде», - объясняет Такуя Хашимото, ведущий автор исследовательской статьи, опубликованной в журнале Nature и исследователь Университета Осака Сангё и Национальной астрономической обсерватории Японии.

«Эта чрезвычайно далекая, чрезвычайно молодая галактика имеет замечательную химическую зрелость, - сказал Вей Чжэн, астроном из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе, который руководил открытием этой галактики с космическим телескопом Хаббла и оценил ее расстояние. Он также является членом исследовательской группы ALMA. «Поистине замечательно, что ALMA обнаружила линию излучения - отпечаток определенного элемента - на таком рекордном расстоянии».

После Большого Взрыва химический состав вселенной был строго ограничен, и даже не было таких элементов, как кислород. Для генерации молодого космоса потребуется несколько поколений звезд и сверхновых, обнаруживая количество кислорода, углерода и других элементов, выкованных в сердцах звезд.

После того как они были высвобождены из своих звездных печей сверхновыми, эти атомы кислорода проникли в межзвездное пространство. Там они стали перегретыми и ионизировались светом и излучением массивных звезд. Эти горячие ионизированные атомы затем «ярко светились» в инфракрасном свете. По мере того, как этот свет проходил на огромных космических расстояниях до Земли, он стал растягиваться расширением Вселенной, со временем превратившись в отдельный миллиметровый свет.

Измеряя точное изменение длины волны этого света - от инфракрасного до миллиметра, команда определила, что этот контрольный сигнал кислорода прошел 13,28 миллиарда световых лет до нас, сделав его самой далекой сигнатурой кислорода, когда-либо обнаруженной любым телескопом. Эта оценка расстояния была еще подтверждена наблюдениями нейтрального водорода в галактике с помощью очень большого телескопа Европейской южной обсерватории. Эти наблюдения независимо подтверждают, что MACS1149-JD1 является самой далекой галактикой с точным измерением расстояния.

Затем команда исследователей восстановила историю звездообразования в галактике, используя инфракрасные данные, полученные с помощью космического телескопа NASA / ESA Hubble и космического телескопа NASA Spitzer. Наблюдаемая яркость галактики хорошо объясняется моделью, в которой начало звездообразования было еще 250 миллионов лет назад. Модель показывает, что звездообразование стало неактивным после воспламенения первых звезд. Затем оно возродилось в эпоху наблюдений АЛМА: через 500 миллионов лет после Большого взрыва.

Астрономы предполагают, что первая вспышка звездообразования выдувала газ из галактики, что на некоторое время подавляло бы звездное образование. Затем газ снова возвращался в галактику, что привело к второй вспышке звездообразования. Массивные новорожденные звезды во второй вспышке ионизировали кислород между звездами; именно эти выбросы были обнаружены с помощью ALMA.

«Зрелая звездная популяция в MACS1149-JD1 подразумевает, что звезды возвращались к еще более ранним временам, за пределами того, что мы можем видеть в наших телескопах. Это имеет очень интересные последствия для обнаружения «космического рассвета», когда появились первые галактики», добавляет Николя Лапорт, исследователь Лондонского университетского университета / Университет Тулузы и член исследовательской группы.
«Я уверен, что будущее сочетание ALMA и космического телескопа Джеймса Вебба будет играть еще большую роль в нашем исследовании звезд первого поколения и галактик», - сказал Чжэн.

ALMA установила рекорд для самого удаленного кислорода несколько раз. В 2016 году Акио Иноу в Университете Осака Сангё и его коллеги обнаружили сигнал кислорода на расстоянии 13,1 млрд световых лет. Несколько месяцев спустя Николас Лапорт из Университетского колледжа Лондона использовал ALMA для обнаружения кислорода на расстоянии 13,2 миллиарда световых лет. Теперь две команды объединились в одну и достигли новых рекордов. Это отражает, как конкурентный, так и совместный характер авангарда научных исследований.

«С этим открытием нам удалось достичь самой ранней фазы истории космического звездообразования», - сказал Хашимото. «Мы стремимся найти кислород в еще более отдаленных частях Вселенной и расширить горизонт человеческого знания».

Похожие статьи