Телескоп NASA Webb близький до виявлення «космічного світанку»

У КОСМОСІ – 12 ЛИПНЯ: на цій роздатковій фотографії, наданій NASA, космічний телескоп Джеймса Вебба NASA… [+] показує квінтет Стефана, візуальне угруповання з п’яти галактик, у новому світлі 12 липня 2022 року в космосі . Ця величезна мозаїка є найбільшим зображенням Вебба на сьогоднішній день, охоплюючи приблизно одну п'яту діаметра Місяця. Він містить понад 150 мільйонів пікселів і складається з майже 1000 окремих файлів зображень. Інформація від Вебба дає нове уявлення про те, як галактичні взаємодії могли сприяти еволюції галактик у ранньому Всесвіті. (Фото NASA, ESA, CSA та STScI через Getty Images)

Getty Images Космічний телескоп Джеймса Вебба NASA близький до виявлення космічного світанку Всесвіту, коли Всесвіт вперше був залитий світлом зірок. Так стверджує астроном Річард Елліс, відомий професор астрофізики в Університетському коледжі Лондона та автор нещодавно опублікованої книги «Коли народжувалися галактики: пошуки космічного світанку». За шість десятиліть кар'єри Елліс допоміг розпочати нову еру галактичної астрономії. Загалом він провів майже 800 ночей в одних із найкращих наземних оптичних обсерваторій світу. І в цьому процесі він бачив, як ретроспективний час для початку формування галактик постійно відсувається лише на кілька сотень мільйонів років після Великого вибуху.

Вебб уже змушує кардинально змінити наш погляд на ранній космос.

За перші шість місяців ми досліджували досі абсолютно незвідані періоди космічної історії, — сказав мені Елліс по телефону з Лондона. По-друге, ці ранні об’єкти, здається, якісно відрізняються від галактик, які ми бачимо пізніше, каже він. Ці ранні галактики компактні, надсвітні та утворюють зірки принаймні в 10 разів швидше, ніж наша нинішня Галактика Чумацький Шлях, каже Елліс. Ймовірно, найважливішим результатом на сьогодні є те, що ми знаходимо ці ранні галактики, які яскравіші, ніж очікувалося, і жорстоко утворюються зірки, каже він. Помітна яскравість цих ранніх галактик, ймовірно, пов’язана з тим, що вони містять дуже мало важких елементів, каже Елліс. Тому він очікує, що їхні зірки загалом будуть масивнішими, сяятимуть яскравіше та згорятимуть дуже швидко, можливо, лише за п’ять-десять мільйонів років. Але цікаво, що галактики мають лише дві-три тисячі світлових років у поперечнику. Порівняйте це з діаметром нашої галактики Чумацький Шлях, яка охоплює близько 100 000 світлових років.

Коли народжувалися галактики

Princeton University Press Елліс і я вперше зустрілися приблизно двадцять років тому, коли він був професором Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені. У той час він був просто в захваті від того, що астрономи виявляють галактики, які утворилися приблизно через 800 мільйонів років після Великого вибуху. Сьогодні це число скоротилося більш ніж удвічі. Оскільки Webb — це 6,5-метровий інфрачервоний телескоп із вбудованим спектрографом, він здатний знаходити й характеризувати галактики, розташовані далі в минулому, ніж космічний телескоп NASA Hubble. «Зараз ми спостерігаємо галактики лише через 250–350 мільйонів років після Великого вибуху», — сказав Елліс. «Це шокує». Коли ви повертаєтеся в ці ранні часи, світло від тих ранніх галактик поширилося в інфрачервону область, де Хаббл не мав покриття, каже Елліс. Отже, лише за шість місяців, з перших наукових результатів Вебба, стало ясно, що люди знаходять галактики за горизонтом, встановленим Хабблом, каже він. Існує два ключові методи визначення відстані до цих далеких галактик. Один з них – це використання оптичної фотометрії для вимірювання кольору галактик. Загалом галактики, які знаходяться на космологічній відстані, виглядають більш червоними через те, що світло розтягується в інфрачервону частину електромагнітного спектру. Але більш точний метод визначення відстані до певної галактики можна отримати за допомогою наземної або космічної спектроскопії. Першим кроком є вимірювання хімічних спектрів випромінювання та поглинання цільової галактики за допомогою спектрографа. Потім, у свою чергу, її приблизну відстань (або червоний зсув) можна обчислити шляхом порівняння відомих лабораторних еталонних спектрів із червонозміщеними атомними лініями, які спостерігаються в галактиці.

Елліс біля дошки у своєму колишньому офісі Каліфорнійського технологічного інституту.

Річард Елліс

Чи є у Cosmic Dawn димляча зброя?

«Широко обговорюваним тестом для галактики першого покоління, незабрудненої жодним нуклеосинтезом, було б відновлення спектру, позбавленого ліній випромінювання, крім ліній водню та гелію», — пише Елліс у своїй книзі «Коли народжувалися галактики». Елліс порівняв пошуки незайманих ранніх галактик із пошуком «голки в стозі сіна». Отже, статистично нам, можливо, доведеться дивитися на хімічний склад галактик у різний час, каже Елліс. І коли ми повертаємося назад, вони повинні мати все менше і менше важких елементів, говорить він. Хоча може бути надзвичайно важко довести, що ми знайшли галактику без абсолютної відсутності важких елементів, спектр галактики, який не має ознак кисню, вуглецю чи азоту, буде показовим сигналом, каже Елліс. Якщо такої галактики не буде знайдено, він і його колеги можуть просто використати статистичний аналіз, щоб зробити висновок про точні часові рамки, коли такі, тепер уже теоретичні, незаймані галактики побачили своє перше світло зірок.

Як вивчення цих найдавніших галактик сприяє нашому розумінню космосу в цілому?

Знання того, як швидко утворилися ці об’єкти, пов’язане з тим, як росте структура у Всесвіті, каже Елліс. Для обивателя космічний світанок — це народження зоряного світла, народження хімії та всіх елементів, які ми бачимо в повсякденному житті, каже він. «Це справді початок нашого походження, яке закінчується життям», — сказав мені Елліс. «Розуміння того, як швидко це сталося, — остання відсутня частина в космічній історії».