Астрономы, используя данные космического телескопа НАСА имени Джеймса Уэбба, идентифицировали десятки маленьких галактик, которые сыграли главную роль в космическом преобразовании, превратившем раннюю Вселенную в ту, которую мы знаем сегодня.
"Когда дело доходит до производства ультрафиолетового излучения, эти маленькие галактики излучают значительно больше своего веса", - сказал Исак Уолд, младший научный сотрудник Католического университета Америки в Вашингтоне и Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. "Наш анализ этих крошечных, но мощных галактик в 10 раз более чувствителен, чем предыдущие исследования, и показывает, что они существовали в достаточном количестве и обладали достаточной ультрафиолетовой энергией, чтобы стимулировать это космическое обновление".
Уолд обсудил свои выводы на 246-м заседании Американского астрономического общества в Анкоридже, штат Аляска. В исследовании использовались существующие изображения, полученные прибором Уэбба NIRCam (камера ближнего инфракрасного диапазона), а также новые наблюдения, сделанные с помощью прибора NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона).
Крошечные галактики были обнаружены Уолдом и его коллегами из Годдарда, Сангитой Малхотрой и Джеймсом Роудсом, путем анализа изображений Webb, полученных в рамках программы наблюдений UNCOVER (Сверхглубокие наблюдения NIRSpec и NIRCam до эпохи реионизации), возглавляемой Рэйчел Безансон из Питтсбургского университета в Пенсильвании.
В рамках проекта было нанесено на карту гигантское скопление галактик, известное как Abell 2744, по прозвищу скопление Пандоры, расположенное на расстоянии около 4 миллиардов световых лет в южном созвездии Скульптор. Масса скопления образует гравитационную линзу, которая увеличивает дальние источники, увеличивая и без того значительный охват Уэбба.
В течение большей части первого миллиарда лет существования Вселенная была погружена в туман из нейтрального газообразного водорода. Сегодня этот газ ионизирован — лишен электронов. Астрономы, которые называют это преобразование реионизацией, долгое время задавались вопросом, какие типы объектов были наиболее ответственны за это: большие галактики, маленькие галактики или сверхмассивные черные дыры в активных галактиках. В качестве одной из своих главных целей аппарат Webb НАСА был специально разработан для решения ключевых вопросов, связанных с этим важнейшим изменением в истории Вселенной.
Недавние исследования показали, что небольшие галактики, в которых происходит интенсивное звездообразование, могли сыграть огромную роль. Сегодня такие галактики встречаются редко, составляя лишь около 1% от окружающих нас. Но они были в изобилии, когда Вселенной было около 800 миллионов лет, в эпоху, которую астрономы называют красным смещением 7, когда реионизация шла полным ходом.
На снимках скопления NIRCam команда искала небольшие галактики подходящего космического возраста, которые демонстрировали признаки экстремального звездообразования, называемые звездными вспышками.
"Галактики с малой массой собирают вокруг себя меньше нейтрального газообразного водорода, что облегчает проникновение ионизирующего ультрафиолетового излучения", - сказал Роудс. "Аналогичным образом, вспышки звезд не только создают обильное ультрафиолетовое излучение — они также прокладывают каналы в межзвездном веществе галактики, которые помогают этому свету вырваться наружу".
Астрономы искали мощные источники света определенной длины волны, которые указывают на наличие высокоэнергетических процессов: зеленую линию, испускаемую атомами кислорода, потерявшими два электрона. Первоначально излучаемое в виде видимого света в раннем космосе, зеленое свечение дважды ионизированного кислорода распространилось в инфракрасном диапазоне по мере того, как оно пересекало расширяющуюся Вселенную, и в конце концов достигло приборов Уэбба.
С помощью этого метода были обнаружены 83 небольшие галактики, в которых вспыхивали звезды, когда Вселенной было 800 миллионов лет, или около 6% от ее нынешнего возраста в 13,8 миллиардов лет. Команда отобрала 20 из них для более тщательного изучения с помощью NIRSpec.
"Эти галактики настолько малы, что для создания звездной массы, эквивалентной нашей собственной галактике Млечный Путь, вам потребуется от 2000 до 200 000 из них", - сказал Малхотра. "Но мы можем обнаружить их благодаря нашему новому методу отбора образцов в сочетании с гравитационным линзированием".
Похожие типы галактик в современной Вселенной, такие как зеленый горошек, излучают около 25% своего ионизирующего ультрафиолетового излучения в окружающее пространство. Если галактики с малой массой, в которых вспыхивают звезды, исследованные Уолдом и его командой, излучают такое же количество излучения, то они могли бы обеспечить весь ультрафиолетовый свет, необходимый для преобразования нейтрального водорода во Вселенной в его ионизированную форму.
