Наконец раскрыт скрытый источник загадочного свечения в ранней Вселенной

A simulation of merging galaxies and hydrogen emission.

Самая ранняя Вселенная была темным местом. Он был наполнен блокирующим свет водородом и ничем другим.

Только когда первые звезды включились и начали освещать свое окружение УФ-излучением, свет начал свое царствование. Это произошло в Эпоху Реионизации.

Но прежде чем Вселенная стала хорошо освещенной, тьму пронзил особый и загадочный тип света: выбросы Лайман-альфа.

Хотя Ранняя Вселенная была слишком темной, чтобы свет мог проходить через непрозрачный газ, который доминировал в ней, астрономы все же обнаружили некоторые линии Лайман-альфа до того, как в эпоху реионизации зажглись огни.

Откуда он взялся? ? Это важный вопрос, оставшийся без ответа, над которым многие задумывались.

Галактика EGSY8p7 , яркая галактика в ранней Вселенной, где наблюдается световое излучение, среди прочего, от возбужденных атомов водорода — излучение Лайман-альфа. На двух нижних панелях высокая чувствительность Уэбба выделяет эту далекую галактику вместе с двумя соседними галактиками, тогда как предыдущие наблюдения видели только одну более крупную галактику на ее месте. (ЕКА/Уэбб, НАСА и ККА, С. Финкельштейн, М. Бэгли, Р. Ларсон/Юта Остин/А. Пэган/STScI/К. Виттен, М. Замани)

Лайман -альфа-излучение происходит в УФ-диапазоне и исходит от атомов водорода, когда их электроны переходят в определенное энергетическое состояние. Спектральные линии Лайман-альфа являются частью того, что астрономы называют лесом Лайман-альфа.

Лес представляет собой серию линий поглощения, исходящих от водорода в далеких астрономических объектах. Когда их свет проходит сквозь газовые облака с разным красным смещением, он создает лес линий Лайман-альфа.

«Объявление объяснения удивительному обнаружению Лайман-альфа в этих ранних галактиках является серьезной проблемой для внегалактических исследований. исследования», — пишут авторы некоторых новых исследований.

Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy и, возможно, нашло ответ. Его название — «Расшифровка Лайман-альфа-излучения вглубь эпохи реионизации». Ведущий автор — Каллум Виттен, исследователь из Института космологии Кавли при Кембриджском университете в Великобритании.

«Одной из самых загадочных проблем, возникших в ходе предыдущих наблюдений, было обнаружение света атомов водорода в очень ранней Вселенной, которая должна была быть полностью заблокирована первозданным нейтральным газом, образовавшимся после Большого взрыва», — сказал Виттен в пресс-релизе.

«Ранее было предложено множество гипотез, объясняющих великий побег. этого «необъяснимого» излучения».

Но теперь в городе появился новый космологический шериф: космический телескоп Джеймса Уэбба.

Космический телескоп Джеймса Уэбба: новый любимый научный инструмент человечества. Изображение предоставлено: НАСА — Космический телескоп Джеймса Уэбба: новый любимый научный инструмент человечества. (НАСА)

JWST был создан с возможностью заглянуть в ранние дни существования Вселенной. Это было одной из основных движущих сил всего проекта.

Способность JWST улавливать фотоны, испускаемые звездами в первых галактиках на ранних этапах существования Вселенной, открыла новое окно в раннюю Вселенную и является ведущие нас к ответам на многие давние вопросы. JWST обладает как чувствительностью, так и угловым разрешением, позволяющим отслеживать древний свет обратно к его источнику.

«Здесь мы используем уникальные преимущества изображений как с высоким разрешением, так и с высокой чувствительностью, полученных с космического телескопа Джеймса Уэбба. Инфракрасная камера покажет, что все галактики в выборке излучателей Лайман-альфа с красным смещением >7 имеют близких спутников», — пишут исследователи в своей статье. Это важный момент, имеющий огромные последствия.

Изображения JWST излучателя Лайман-Альфа LAE EGSY8p68 показывают больше деталей, чем предыдущие наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл. Разрешающая способность JWST позволяет обнаружить скопление более мелких и тусклых галактик вокруг ярких галактик в LAE EGSY8p68, которые HST не смог увидеть. Этот регион представляет собой гораздо более оживленный и густонаселенный регион с большим количеством активного звездообразования.

«Там, где Хаббл видел только большую галактику, Уэбб видит скопление меньших взаимодействующих галактик, и это открытие оказало огромное влияние. на нашем понимании неожиданного выброса водорода некоторыми из первых галактик», — сказал соавтор исследования Серджио Мартин-Альварес из Стэнфордского университета.

Ранние галактики были потрясающими производителями звезд и были богатым источником Лаймана. -альфа-излучения. Большую часть выбросов блокировал первичный нейтральный водород, заполнявший пространство между галактиками в ранней Вселенной. Что это говорит нам о том, что большинство излучателей Лайман-Альфа (LAE) являются галактиками с близкими соседями?

По мнению авторов, это говорит нам о том, что за выбросами Лайман-альфа стоят слияния галактик и их обильное звездообразование. . В результате моделирования слияния галактик было получено макетное изображение JWST, которое очень похоже на настоящее JWST-изображение взаимодействующих галактик.

Этот рисунок из исследования помогает объяснить некоторые результаты. Верхняя левая панель и нижняя левая панель — это два изображения LAE EGSY8p68. Верхнее — из JWST, а нижнее — из Космический телескоп Хаббл. Более мощный JWST обнаружил несколько близких галактических спутников LAE EGSY8p68. От b до e — изображения, полученные при моделировании галактического слияния под названием Azahar. Два из этих смоделированных изображений являются имитацией того, что JWST увидел бы, если бы наблюдал Эти два изображения очень похожи на настоящее изображение JWST в. Изображение предоставлено: Witten et al., 2023. — Этот рисунок из Исследование помогает объяснить некоторые выводы. Верхняя левая панель и нижняя левая панель — это два изображения LAE EGSY8p68. Верхний — от JWST, а нижний — от космического телескопа «Хаббл». Более мощный JWST выявил некоторых близких галактических спутников LAE EGSY8p68. b–e — изображения из симуляции галактического слияния под названием Azahar. Два из этих смоделированных изображений представляют собой имитацию того, что увидел бы JWST, если бы наблюдал за слиянием. Эти два изображения очень похожи на настоящее изображение JWST в формате a. Фиолетовый цвет e показывает плотность выбросов Лайман-альфа. (Виттен и др., 2023)

Исследователи использовали моделирование галактических слияний и взаимодействий под названием Азахар, чтобы проверить свою идею. Азар показал, что по мере накопления звездной массы и формирования звезд в этих ранних галактиках произошли две вещи.

Звезды испускали излучение Лайман-альфа и создавали пузыри и каналы ионизированного водорода в блокирующем свет нейтральном водороде. . Пузыри и каналы пропускали выбросы Лаймана-альфа.

Это исследование показывает, что в ранней Вселенной было больше галактических слияний, чем мы могли видеть до запуска JWST.

Эти слияния взаимодействия и обильное звездообразование, которое они породили, несут ответственность как за создание выбросов Лайман-альфа, так и за создание пути для них из плотного, непрозрачного нейтрального водорода, который доминировал в молодой Вселенной.

В двух словах. , высокая скорость слияний галактик в молодой Вселенной ответственна за загадочные выбросы Лайман-альфа.

Исследователи еще не закончили. Они планируют более детальные наблюдения за галактиками на разных стадиях слияния, чтобы еще больше развить свою идею.

Эта статья была первоначально опубликована изданием Universe Today. Прочтите оригинал статьи.