Астрономы узнали важный секрет формирования Вселенной
Космический телескоп NASA «Спитцер» показал, что некоторые из самых ранних галактик Вселенной были ярче, чем ожидалось. Избыток света является побочным продуктом галактик, испускающих невероятно большое количество ионизирующего излучения. Это открытие указывает на причину Эпохи Реионизации — главного космического события, которое превратило Вселенную из большей степени непрозрачной в блестящий звездный пейзаж, который мы видим сегодня.
В новом исследовании ученые сообщают о наблюдениях за некоторыми из первых галактик, которые сформировались во Вселенной, менее чем через 1 миллиард лет после Большого взрыва (или чуть более 13 миллиардов лет назад). Данные показывают, что в нескольких определенных длинах волн инфракрасного света, галактики значительно ярче, чем предполагали ученые. Исследование впервые подтверждает это явление для большой выборки галактик того периода. Оно доказывает, что это не были особые случаи чрезмерной яркости, и что даже средние галактики, присутствовавшие в то время, были намного ярче на этих длинах волн, чем галактики, которые мы видим сегодня.
Никто не знает наверняка, когда ожили первые звезды нашей Вселенной. Но данные свидетельствуют о том, что примерно через 100–200 миллионов лет после Большого взрыва Вселенная была заполнена в основном нейтральным водородным газом, который, возможно, только начал объединяться в звезды, которые затем начали образовывать первые галактики. Примерно через 1 миллиард лет после Большого взрыва Вселенная превратилась в сверкающий небосвод. Но поменялось и еще кое-что: электроны вездесущего нейтрального газообразного водорода были удалены с помощью процесса, известного как ионизация. Эпоха реионизации — переход от Вселенной, полной нейтрального водорода, к Вселенной, наполненной ионизированным водородом.
До этой трансформации всей вселенной длинноволновые формы света, такие как радиоволны и видимый свет, проходили через вселенную более или менее свободно. Но более короткие длины волн света — включая ультрафиолетовый свет, рентгеновские лучи и гамма-лучи — были остановлены нейтральными атомами водорода. Эти столкновения лишили нейтральные атомы водорода их электронов, ионизируя их.
Но что могло произвести достаточное количество ионизирующего излучения, чтобы воздействовать на весь водород во Вселенной? Это были отдельные звезды? Гигантские галактики? Если бы кто-то был виновником, те ранние космические колонизаторы были бы отличны от большинства современных звезд и галактик, которые обычно не выпускают большое количество ионизирующего излучения. С другой стороны, возможно, что-то вызвало это событие, например, квазары — галактики с невероятно яркими центрами, приводимые в движение огромным количеством материала, вращающегося вокруг сверхмассивных черных дыр.
«Это один из самых больших открытых вопросов в области наблюдательной космологии», — сказал Стефан де Баррос, ведущий автор исследования и исследователь в Женевском университете в Швейцарии. «Мы знаем, что это произошло, но чем это вызвано? Эти новые результаты могут быть большой подсказкой».
Чтобы заглянуть в прошлое к эпохе Реионизации, «Спитцер» изучал две области неба более 200 часов каждую, позволяя космическому телескопу собирать свет, который путешествовал более 13 миллиардов лет для того, чтобы, в конечном итоге, достичь нас.
Используя эти сверхглубокие наблюдения Спитцера, команда астрономов наблюдала 135 далеких галактик и обнаружила, что все они были особенно яркими в двух специфических длинах волн инфракрасного света, создаваемого ионизирующим излучением, взаимодействующим с водородом и кислородом в газах галактик. Это означает, что в этих галактиках преобладали молодые массивные звезды, состоящие в основном из гидрогена.
