Міжнародна команда астрономів уперше напряму зафіксувала нейтральний газ у чотирьох далеких галактиках, які існували приблизно через 700–800 мільйонів років після Великого вибуху. Спостереження за допомогою радіоінтерферометра ALMA в Чилі показують, що ці молоді галактики були заповнені холодним газом і мали надзвичайно щільні скупчення зірок. Про роботу розповідає Universe Today.
Однією з досліджених об’єктів є галактика A1689-zD1, яка за оцінками існувала вже через близько 700 мільйонів років після Великого вибуху. Такі спостереження допомагають відтворити події першого мільярда років існування Всесвіту, коли формувалися перші зорі й галактики.
Як побачити нейтральний газ без світла
Нейтральний газ – це газ, атоми якого ще не іонізовані випромінюванням зірок. Саме з нього зароджуються перші зорі. Проблема в тому, що такий газ майже не випромінює ультрафіолетове, видиме чи інфрачервоне світло, тому космічні телескопи на кшталт Hubble чи James Webb не можуть його безпосередньо зареєструвати.
ALMA працює в міліметровому та субміліметровому діапазонах, де нейтральний газ все ж залишає свій «підпис». Астрономи використали спектроскопічні можливості масиву антен, щоб шукати вузькі піки в певних довжинах хвиль – так звані емісійні лінії.
У чотирьох молодих галактиках, які спостерігали, дослідники виявили випромінювання від нейтральних атомів кисню – [O I] 145 мкм емісійну лінію. Одночасно вони шукали емісію від іонізованого газу – лінію [N II] 205 мкм, але знайшли лише дуже слабкі або відсутні сигнали.
Поєднання сильного сигналу від нейтрального кисню та відсутності суттєвих ознак іонізованого газу привело команду до висновку, що ці галактики здебільшого складаються саме з нейтрального газу.
Надщільні зоряні скупчення в молодих галактиках
Після цього науковці порівняли дані ALMA з результатами спостережень цих же галактик телескопом James Webb. Аналіз показав, що в цих об’єктах зорі зосереджені набагато щільніше, ніж у сучасних галактиках, де зорі зазвичай розподілені значно рівномірніше.
Це свідчить, що в епоху всього кількох відсотків від нинішнього віку Всесвіту галактики формували зорі у вкрай компактних, щільних регіонах. Зорі там розташовувалися набагато ближче одна до одної, ніж це зазвичай спостерігається сьогодні.
За словами керівника дослідження, доцента Ёшінобу Фудамото (Yoshinobu Fudamoto) з Університету Тіба в Японії, наступним кроком стане розширення вибірки та поєднання даних ALMA, JWST та інших інструментів, щоб побудувати цілісну картину еволюції галактик від «космічної зорі» до сучасності.
Що таке червоний зсув і як вимірюють такі відстані
Далекі галактики у цій роботі описують не просто відстанню, а значенням так званого червоного зсуву, який позначають як z. Він виникає через розширення Всесвіту: світло від об’єктів, які віддаляються від нас, розтягується до більших, «червоніших» довжин хвиль.
Якщо z > 0, об’єкт віддаляється від спостерігача, якщо z < 0 – наближається. Для чотирьох галактик у цьому дослідженні значення z лежали в діапазоні від 6,58 до 7,68. Це відповідає епосі, коли Всесвіту було близько 700–850 мільйонів років, тобто лише приблизно 5–6 % від його нинішнього віку.
Щоб виміряти червоний зсув, астрономи знаходять у спектрі об’єкта відомі лінії елементів – наприклад, водню, кисню чи азоту – і визначають, наскільки вони зміщені відносно їхнього лабораторного положення. За цим зсувом обчислюють, з якою швидкістю галактика віддаляється від Землі й до якої космічної епохи належить спостережуване світло.
Нові результати демонструють, що навіть у такі ранні часи галактики вже активно формували зорі в компактних регіонах із багатим запасом нейтрального газу. Подальші спостереження мають допомогти з’ясувати, як із цих перших структур виросли сучасні галактики, включно з нашою Чумацьким Шляхом.