Використовуючи безпрецедентні можливості космічного телескопа Джеймса Вебба NASA/ESA/CSA, міжнародна група вчених отримала перші спектроскопічні спостереження найслабших галактик протягом першого мільярда років існування Всесвіту. Ці висновки, опубліковані в журналі Nature, допомагають відповісти на давнє запитання астрономів: які джерела спричинили реіонізацію Всесвіту? Ці нові результати ефективно продемонстрували, що малі карликові галактики є ймовірними виробниками величезної кількості енергетичного випромінювання.
Дослідження еволюції раннього Всесвіту є важливим аспектом сучасної астрономії. Залишається багато чого зрозуміти про час у ранній історії Всесвіту, відомий як ера реіонізації.
Це був період темряви без зірок чи галактик, наповнений щільним туманом водню, поки перші зірки не іонізували газ навколо них, і світло почало проходити крізь нього. Астрономи витратили десятиліття, намагаючись визначити джерела, які випромінювали досить потужне випромінювання, щоб поступово розсіяти цей водневий туман, який покривав ранній Всесвіт.
Програма Ultradeep NIRSpec і NIRCam Observations before the Epoch of Reionization (UNCOVER) (№2561) включає зображення та спектроскопічні спостереження лінзового кластера Abell 2744. Міжнародна група астрономів використовувала гравітаційне лінзування цієї цілі, також відомої як скупчення Пандори. , щоб дослідити джерела періоду реіонізації Всесвіту.
Гравітаційне лінзування збільшує та спотворює вигляд далеких галактик, тому вони виглядають зовсім не так, як на передньому плані. «Лінза» скупчення галактик настільки масивна, що викривляє тканину самого простору настільки, що світло від далеких галактик, яке проходить через викривлений простір, також набуває викривленого вигляду.
Ефект збільшення дозволив команді вивчити дуже віддалені джерела світла за межами Abell 2744, виявивши вісім надзвичайно слабких галактик, які в іншому випадку були б недоступні для виявлення навіть Веббу.
Команда виявила, що ці слабкі галактики є величезними виробниками іонізуючого випромінювання на рівнях, які в чотири рази перевищують те, що передбачалося раніше. Це означає, що більшість фотонів, які реіонізували Всесвіт, ймовірно, походять із цих карликових галактик.
«Це відкриття розкриває вирішальну роль, яку відіграють ультраслабкі галактики в еволюції раннього Всесвіту», — сказала член групи Ірина Чемеринська з Інституту астрофізики Парижа у Франції. «Вони виробляють іонізуючі фотони, які перетворюють нейтральний водень в іонізовану плазму під час космічної реіонізації. Це підкреслює важливість розуміння маломасових галактик у формуванні історії Всесвіту».
«Ці космічні електростанції разом випромінюють більше ніж достатньо енергії, щоб виконати роботу», — додав керівник групи Хакім Атек, Інститут астрофізики Парижа, CNRS, Університет Сорбонни, Франція, і провідний автор статті, що описує цей результат. «Незважаючи на свій крихітний розмір, ці галактики з малою масою є потужними виробниками енергетичного випромінювання, і їх надлишок у цей період настільки значний, що їхній колективний вплив може змінити весь стан Всесвіту».
Щоб прийти до цього висновку, команда спочатку об’єднала дані надглибоких зображень Вебба з допоміжним зображенням Abell 2744 з космічного телескопа Хаббла NASA/ESA, щоб вибрати надзвичайно слабкі галактики-кандидати в епоху реіонізації. Після цього була проведена спектроскопія за допомогою спектрографа Webb’s Near-InfraRed Spectrograph (NIRSpec). Мультизатворний вузол приладу використовувався для отримання багатооб’єктної спектроскопії цих слабких галактик.
Це перший випадок, коли вчені точно виміряли щільність цих слабких галактик, і вони успішно підтвердили, що вони є найчисленнішою популяцією в епоху реіонізації. Це також знаменує собою перший раз, коли була виміряна іонізуюча сила цих галактик, що дозволило астрономам визначити, що вони виробляють достатню кількість енергетичного випромінювання для іонізації раннього Всесвіту.
«Неймовірна чутливість NIRSpec у поєднанні з гравітаційним посиленням, яке забезпечує Abell 2744, дозволила нам ідентифікувати та детально вивчити ці галактики за перший мільярд років існування Всесвіту, незважаючи на те, що вони більш ніж у 100 разів тьмяніші за наш Чумацький Шлях», — продовжив Атек.
У майбутній програмі спостережень Вебба під назвою GLIMPSE вчені отримають найглибші спостереження за небом. Націлившись на інше скупчення галактик під назвою Abell S1063, навіть більш тьмяні галактики в епоху реіонізації будуть ідентифіковані, щоб перевірити, чи є ця популяція репрезентативною для великомасштабного розподілу галактик.
Оскільки ці нові результати базуються на спостереженнях, отриманих в одній області, команда зазначає, що іонізуючі властивості слабких галактик можуть проявлятися по-різному, якщо вони знаходяться в надщільних областях. Додаткові спостереження в незалежній області, таким чином, нададуть подальше розуміння, щоб допомогти перевірити ці висновки.
Спостереження GLIMPSE також допоможуть астрономам дослідити період, відомий як Космічний світанок, коли Всесвіту було лише кілька мільйонів років, щоб розвинути наше розуміння появи перших галактик.
