Телескоп NASA Webb близок к обнаружению «космического рассвета»
В КОСМОСЕ — 12 ИЮЛЯ: На этой рекламной фотографии, предоставленной НАСА, космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА … [+] показывает квинтет Стефана, визуальную группу из пяти галактик, в новом свете 12 июля 2022 года в космосе. . Эта огромная мозаика — самое большое изображение Уэбба на сегодняшний день, покрывающее примерно одну пятую диаметра Луны. Он содержит более 150 миллионов пикселей и состоит из почти 1000 отдельных файлов изображений. Информация, полученная от Уэбба, дает новое представление о том, как галактические взаимодействия могли влиять на эволюцию галактик в ранней Вселенной. (Фото НАСА, ЕКА, CSA и STScI через Getty Images)
Getty Images Космический телескоп Джеймса Уэбба НАСА близок к обнаружению космического рассвета Вселенной, когда Вселенная впервые была залита звездным светом. По крайней мере, так считает астроном Ричард Эллис, известный профессор астрофизики в Университетском колледже Лондона и автор недавно вышедшей книги «Когда родились галактики: поиски космической зари». За свою шестидесятилетнюю карьеру Эллис помог открыть новую эру галактической астрономии. Всего он провел около 800 ночей в одних из лучших наземных оптических обсерваторий мира. И в процессе он видел, как ретроспективное время начала формирования галактик постоянно отодвигалось всего на несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
Уэбб уже радикально изменил наше представление о раннем космосе.
«За первые шесть месяцев мы исследовали совершенно неизведанные периоды космической истории», — сказал мне Эллис по телефону из Лондона. Во-вторых, эти ранние объекты кажутся качественно отличными от галактик, которые мы видим в более поздние времена, говорит он. По словам Эллиса, эти ранние галактики компактны, сверхярки и формируют звезды как минимум в 10 раз быстрее, чем наша нынешняя Галактика Млечный Путь. Вероятно, самым важным результатом на данный момент является то, что мы находим эти ранние галактики, которые ярче, чем ожидалось, и яростно формируют звезды, говорит он. По словам Эллиса, заметная яркость этих ранних галактик, вероятно, связана с тем, что они содержат очень мало тяжелых элементов. Поэтому он ожидает, что их звезды, как правило, будут более массивными, сияющими ярче и выгорят очень быстро, возможно, всего за пять-десять миллионов лет. Но что любопытно, размеры галактик всего две-три тысячи световых лет. Сравните это с диаметром нашей собственной Галактики Млечный Путь, которая охватывает около 100 000 световых лет. 
Когда рождались галактики
Издательство Принстонского университета Эллис и я впервые встретились около двадцати лет назад, когда он был профессором Калифорнийского технологического института в Пасадене. В то время он был просто в восторге от того, что астрономы обнаружили галактики, формировавшиеся примерно через 800 миллионов лет после Большого взрыва. Сегодня это число сократилось более чем вдвое. Поскольку Webb — это 6,5-метровый инфракрасный телескоп со встроенным спектрографом, он может находить и описывать галактики в более далеком прошлом, чем космический телескоп НАСА «Хаббл». «Сейчас мы наблюдаем галактики через 250–350 миллионов лет после Большого взрыва», — сказал Эллис. «Это шокирует». По словам Эллиса, когда вы возвращаетесь к этим ранним временам, свет от этих ранних галактик был растянут в инфракрасную область, где Хаббл не имел покрытия. Таким образом, всего через шесть месяцев после первых научных результатов Уэбба стало ясно, что люди находят галактики за горизонтом, установленным Хабблом, говорит он. Есть два ключевых метода определения расстояния до этих далеких галактик. Один из них заключается в использовании оптической фотометрии для измерения цвета галактик. В целом галактики, находящиеся на космологических расстояниях, кажутся более красными из-за того, что свет растягивается в инфракрасную часть электромагнитного спектра. Но более точный метод определения расстояния до данной галактики можно получить, используя наземную или космическую спектроскопию. Первым шагом является измерение атомных эмиссионных и абсорбционных химических спектров целевой галактики с помощью спектрографа. Затем, в свою очередь, ее приблизительное расстояние (или красное смещение) можно рассчитать путем сравнения известных лабораторных эталонных спектров со смещенными в красную сторону атомными линиями, наблюдаемыми в галактике. 
Эллис у доски в своем бывшем офисе Калифорнийского технологического института.
Ричард Эллис
Есть ли у космического рассвета дымящийся пистолет?
«Широко обсуждаемый тест для галактики первого поколения, незагрязненной каким-либо нуклеосинтезом, состоял бы в том, чтобы восстановить спектр, лишенный эмиссионных линий, отличных от линий водорода и гелия», — пишет Эллис в своей книге «Когда родились галактики». Эллис сравнил поиск нетронутых ранних галактик с поиском пресловутой «иголки в стоге сена». Итак, статистически нам, возможно, придется смотреть на химический состав галактик в разное время, говорит Эллис. И по мере того, как мы возвращаемся назад, в них должно быть все меньше и меньше тяжелых элементов, говорит он. Хотя может быть чрезвычайно сложно доказать, что мы нашли галактику, абсолютно не содержащую тяжелых элементов, спектр галактики, в которой нет признаков кислорода, углерода или азота, будет контрольным сигналом, говорит Эллис. Если такая галактика не будет найдена, он и его коллеги могут просто использовать статистический анализ, чтобы вывести точные временные рамки, когда такие, теперь теоретические, нетронутые галактики увидели свой первый звездный свет.
Как изучение этих самых ранних галактик способствует нашему пониманию космоса в целом?
По словам Эллиса, знание того, как быстро образовались эти объекты, связано с тем, как структура растет во Вселенной. Для человека с улицы космический рассвет — это рождение звездного света, рождение химии и всех элементов, которые мы видим в повседневной жизни, — говорит он. «Это действительно начало нашего происхождения, которое заканчивается в жизни», — сказал мне Эллис. «Понимание того, как быстро это произошло, — последняя недостающая часть космической истории».
