|
Чем закончились темные века в ранней Вселенной
|
|
|
|
Примерно через 400 000 лет после Большого взрыва космос был очень темным местом. Сияние взрывного рождения Вселенной остыло, и космос был заполнен плотным газом — в основном водородом — без источников света. Медленно, в течение сотен миллионов лет, газ под действием силы тяжести собирался в сгустки, и в конце концов сгустки стали достаточно большими, чтобы воспламениться. Это были первые звезды. Сначала их свет не распространялся далеко, так как большая его часть поглощалась туманом из газообразного водорода. Однако по мере того, как формировалось все больше и больше звезд, они производили достаточно света, чтобы сжечь туман путем "реионизации" газа — создавая прозрачную вселенную, усеянную яркими точками света, которые мы видим сегодня. Но какие именно звезды излучали свет, положивший конец темным векам и положивший начало этой так называемой "эпохе реионизации"? В исследовании, опубликованном в Nature, мы использовали гигантское скопление галактик в качестве увеличительного стекла, чтобы рассмотреть слабые реликты этого времени, и обнаружили, что звезды в маленьких, тусклых карликовых галактиках, вероятно, были ответственны за это преобразование космического масштаба.
|
|
|
|
Большинство астрономов уже согласились с тем, что галактики были главной силой в реионизации Вселенной, но было неясно, как они это делали. Мы знаем, что звезды в галактиках должны испускать много ионизирующих фотонов, но этим фотонам необходимо вырваться из пыли и газа внутри их собственной галактики, чтобы ионизировать водород в пространстве между галактиками. Было неясно, какие галактики могли бы производить и излучать достаточное количество фотонов для выполнения этой работы. (И действительно, есть те, кто считает, что за это могли быть ответственны более экзотические объекты, такие как большие черные дыры.) Среди приверженцев теории галактик есть два лагеря. Первый считает, что огромные, массивные галактики произвели ионизирующие фотоны. В ранней Вселенной таких галактик было немного, но каждая из них производила много света. Таким образом, если бы определенной доле этого света удалось вырваться наружу, этого могло бы быть достаточно, чтобы реионизировать Вселенную.
|
|
|
Представители второго лагеря считают, что нам лучше проигнорировать гигантские галактики и сосредоточиться на огромном количестве гораздо меньших галактик в ранней Вселенной. Каждая из них производила бы гораздо меньше ионизирующего излучения, но, учитывая их количество, они могли бы привести к эпохе реионизации. Пытаться рассмотреть что-либо в ранней Вселенной очень сложно. Массивные галактики редки, поэтому их трудно найти. Галактики меньшего размера встречаются чаще, но они очень слабые, что затрудняет (и дорого обходится) получение высококачественных данных. Мы хотели взглянуть на некоторые из самых тусклых галактик в округе, поэтому использовали огромную группу галактик, называемую скоплением Пандоры, в качестве увеличительного стекла. Огромная масса скопления искажает пространство и время, усиливая свет от объектов за ним. В рамках программы DISCOVER мы использовали космический телескоп Джеймса Уэбба для просмотра увеличенных инфракрасных изображений слабых галактик за скоплением Пандоры.
|
|
|
|
Сначала мы рассмотрели множество разных галактик, затем выбрали несколько особенно удаленных (и, следовательно, древних) для более тщательного изучения. (Такое тщательное изучение обходится дорого, поэтому мы смогли рассмотреть более подробно только восемь галактик.) Мы выбрали несколько источников, яркость которых в то время составляла около 0,5% от яркости нашей галактики Млечный Путь, и проверили их на наличие характерного свечения ионизированного водорода. Эти галактики настолько слабые, что их вообще можно было увидеть только благодаря эффекту увеличения скопления Пандоры. Наши наблюдения подтвердили, что эти маленькие галактики действительно существовали в очень ранней Вселенной. Более того, мы подтвердили, что они излучали примерно в четыре раза больше ионизирующего света, чем мы считали бы "нормальным". Это на самом высоком уровне того, что мы предсказывали, основываясь на нашем понимании того, как формировались ранние звезды. Поскольку эти галактики производили так много ионизирующего света, для реионизации Вселенной потребовалась бы лишь небольшая его часть.
|
|
|
|
Ранее мы думали, что около 20% всех ионизирующих фотонов должны были бы вырваться из этих меньших галактик, если бы они были доминирующим фактором реионизации. Наши новые данные предполагают, что даже 5% было бы достаточно — это примерно та доля ионизирующих фотонов, которую мы наблюдаем, вылетающих из современных галактик. Итак, теперь мы можем с уверенностью сказать, что эти меньшие галактики могли сыграть очень большую роль в эпоху реионизации. Однако наше исследование было основано только на восьми галактиках, расположенных близко к одной линии видимости. Чтобы подтвердить наши результаты, нам нужно будет посмотреть на разные участки неба. У нас запланированы новые наблюдения, которые будут нацелены на другие крупные скопления галактик в других частях Вселенной, чтобы найти еще более увеличенные, слабые галактики для проверки. Если все пойдет хорошо, через несколько лет у нас будут ответы на некоторые вопросы.
|
|
|
|
Источник
|
