|
В поисках космического рассвета Вселенной
|
|
|
|
Всего за четыре года космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST) НАСА и космологи-наблюдатели, такие как Ричард Эллис из Университетского колледжа Лондона (UCL), продвинули время космического наблюдения до эры, когда первые звезды и галактики Вселенной находятся в пределах досягаемости наблюдений.
|
|
|
|
Недавнее многоспектральное исследование JWST тысяч объектов с использованием 150 отдельных узких направлений наблюдения на площади 0,6 квадратных градуса неба показало резкое снижение темпов формирования галактик всего через 150–200 миллионов лет после Большого взрыва.
|
|
|
|
Это площадь наблюдения, примерно в три раза превышающая площадь полной Луны.
|
|
|
|
Однако изучение галактик вплоть до самых ранних времен открывает уникальную возможность заглянуть в начальные условия, которые подготовили почву для формирования и эволюции химического состава, сверхмассивных черных дыр (СМЧД) и крупномасштабных структур, которые мы наблюдаем сегодня, как отмечают авторы статьи, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
|
|
|
|
Вдохновленный возможностью заглянуть в прошлое, сам Эллис начал свои исследования далекой Вселенной еще будучи студентом около 58 лет назад. В 1968 году высокое красное смещение означало наличие ярких квазаров — теперь известных как активные галактические ядра (АГЯ).
|
|
|
|
«У нас не было больших телескопов, и мы все еще использовали фотопластинки», — сказал мне в своем кабинете Эллис, профессор астрофизики в Университетском колледже Лондона.
|
|
|
|
|
|
|
Красное смещение в 3, при котором обнаруживались квазары, соответствует расширению Вселенной в четыре раза.
|
|
|
|
«Это действительно возвращает нас в прошлое, до образования Солнечной системы, в период, когда Вселенная была примерно на треть моложе своего нынешнего возраста», — говорит Эллис.
|
|
|
|
Но в 1995 году Эллис был единственным европейским членом Комитета по телескопу «Хаббл и за его пределами», который обосновал необходимость создания 6,5-метрового (21-футового) инфракрасного телескопа JWST.
|
|
|
|
«Мы отодвинули границы исследований назад, к тому времени, когда Вселенной было всего 200 миллионов лет, и узнали так много о том, как Вселенная эволюционирует», — говорит Эллис. «Мы начинаем видеть проблеск того, что мы называем космическим рассветом, моментом, когда самые первые галактики выходят из тьмы», — говорит он.
|
|
|
|
Как формируются эти галактики?
|
|
|
|
По мере расширения и охлаждения Вселенной в конечном итоге образовался атом водорода, но Вселенная была темной. Газовые облака существовали, но они не светились, говорит Эллис.
|
|
|
|
Но эти газовые облака вскоре схлопнулись вокруг обилия темной материи раннего космоса.
|
|
|
|
В конце концов, эти газовые облака нагрелись и вызвали ядерное горение, говорит Эллис.
|
|
|
|
Эти ранние галактики крошечные, примерно в 30 раз меньше нашей большой спиральной галактики Млечный Путь и имеют диаметр всего 60-70 световых лет. Это скорее масштаб звездного шарового скопления, чем полноценной галактики.
|
|
|
|
Хотя физически они очень малы, они производят звезды в 20 раз быстрее, чем Млечный Путь, говорит Эллис. Поэтому их наблюдают в удивительно молодой и энергичный период их активности, говорит он.
|
|
|
|
Установление связи между этими ранними объектами и величественными спиральными галактиками, такими как Млечный Путь и близлежащая галактика Андромеды, является одной из задач в понимании эволюции всех галактик. Но священным Граалем является поиск короткоживущих так называемых звезд третьего поколения, которые не содержат тяжелых элементов, только водород и гелий.
|
|
|
|
Массивные галактики живут, возможно, всего 5 миллионов лет, прежде чем взорвутся, и, конечно же, после взрыва они загрязняют газ тяжелыми элементами, поэтому их химический состав уже не является чистым, говорит Эллис.
|
|
|
|
Подтверждение того, что та или иная галактика или галактики являются первыми, сформировавшимися в космосе, по-прежнему будет сложной научной задачей. В настоящее время существует три основных метода определения зарождения космоса:
|
|
|
|
Открытие популяции химически чистых галактик, не загрязненных взрывами сверхновых. Это очень сложная задача, поскольку необходимо однозначно продемонстрировать отсутствие выбросов кислорода, говорит Эллис.
|
|
|
|
Отслеживание уменьшения количества звездообразующих галактик с увеличением красного смещения и обнаружение в определенной точке более резкого снижения. Отслеживание уменьшения химического состава (например, отношения кислорода к водороду) с увеличением красного смещения. Для этого требуется гораздо больше спектров, чем у нас есть сейчас, но, возможно, это наиболее перспективный путь, говорит Эллис.
|
|
|
|
Существует также другой путь к обнаружению космического рассвета, не требующий использования обычных космических или наземных телескопов. Речь идёт об поиске альфа-линии Лаймана водородного газа на космологических расстояниях. Предстоящий запуск телескопа Square Kilometer Array (SKA) в Западной Австралии даст возможность обнаружить это явление в радиодиапазоне.
|
|
|
|
Когда галактики впервые осветили Вселенную звёздным светом, газовые облака нагрелись и излучали самую сильную спектральную линию водорода, так называемую альфа-линию Лаймана.
|
|
|
|
Между линией Лаймана-альфа водорода и радиолиниею основного состояния водорода на длине волны 21 см наблюдается интересный резонанс, когда этот самый фундаментальный из всех элементов находится на своем наиболее стабильном, самом низком возможном энергетическом уровне.
|
|
|
|
В результате Эллис и его коллеги ожидают увидеть это 21-сантиметровое излучение водорода со смещением в красную сторону в спектральных линиях поглощения при наблюдении на фоне более удаленного космического микроволнового фона (КМБ).
|
|
|
|
Мы состоим из материала, синтезированного в звездах; химия, которая в конечном итоге привела к нашему появлению, началась на заре космоса, говорит Эллис. Поэтому в некотором смысле это почти так же важно, как Большой взрыв, добавляет он.
|
|
|
|
Но без понимания первых галактик и первых звезд мы не сможем в полной мере понять астробиологию. Потому что, когда эти звезды взрываются, они производят облака газа и пыли, которые вращаются вокруг следующего поколения звезд, которые, в свою очередь, могут производить планеты с условиями, подходящими для жизни.
|
|
|
|
И по мере того, как формировались эти элементарные одноклеточные формы жизни, в конечном итоге где-то в этом хаосе появились ты и я, — говорит Эллис.
|
|
|
|
Источник
|
