Одна з головних наукових цілей космічного телескопа Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST) — це спостереження за епохою, коли, як вважають астрономи, виникли перші галактики, щоб зрозуміти подробиці їх формування, еволюції та складу. Телескоп, з кожним глибоким поглядом у минуле, б’є, здається, власний рекорд з виявлення найдальшої галактики, яку коли-небудь бачили. Тому стали з’являтися наукові публікації про ранній Всесвіт, бо астрономи нарешті починають отримувати від JWST достатньо даних для його глибшого розуміння.
За результатами нового дослідження, опублікованими в Nature Astronomy, наукова група із Данії вважає, що вони за допомогою JWST спостерігали деякі з найперших, найдавніших галактик. Ці галактики такі старі, що, ймовірно, все ще перебувають у процесі формування.
Співвідношення в галактиках
Одним із відомих стандартів є те, що співвідношення між галактиками та важкими елементами в них залишалося постійним у місцевому (локальному) Всесвіті протягом останніх 12 мільярдів років космічної історії, або приблизно упродовж 5/6 віку Всесвіту. Але завдяки JWST астрономи тепер бачать, що наймолодші галактики мають інакший вигляд. У них немає такого співвідношення між зорями і важкими елементами, бо вони ще не пройшли через цикли зореутворення та загибелі зір, щоб відбулося збагачення газових хмар металами, тобто елементами, важчими за водень і гелій.
Цей графік показує положення спостережуваних галактик на діаграмі «елемент — маса зір»: що більш праворуч галактика на графіку, то вона масивніша, а що далі вгору, то більше важких елементів вона містить. Сірі позначки показують галактики в сучасному Всесвіті, тоді як червоні — це ранні галактики, виявлені під час недавніх спостережень. Ці галактики явно містять набагато менше важких елементів, ніж пізніші галактики, але це приблизно узгоджується з теоретичними прогнозами, позначеними синьою смугою. Авторські права на зображення: Kasper Elm Heintz, Peter Laursen. Фото з сайту www.universetoday.com.
У дослідженні астрономи розглянули 16 галактик, одні з найдавніших, які коли-небудь спостерігали. Спостереження показали, що вміст хімічних речовин у цих галактиках становить одну чверть від вмісту в галактиках, які утворилися пізніше. У своїй статті науковці написали: «Ці висновки свідчать про те, що галактики в цей час все ще тісно пов’язані з міжгалактичним середовищем і до них неперервно надходить газ, який ефективно розбавляє вміст металів у них».
«Коли ми проаналізували світло від 16 із цих перших галактик, ми побачили, що вони містять значно менше важких елементів, як порівняти з тим, що ви очікуєте від маси їхніх зір і кількості нових зірок, які вони сформували», — сказав Каспер Елм Гейнц (Kasper Elm Heintz), керівник дослідження та доцент Центру космічного світанку (Cosmic Dawn Center) в Інституті Нільса Бора та Національного космічного інституту Технічного університету Данії (DTU Space) у Копенгагені.
За словами астрономів, ці результати різко контрастують із поточною моделлю, згідно з якою галактики еволюціонують у стані рівноваги протягом більшої частини історії Всесвіту, де існує зв’язок між кількістю новонароджених зір і кількістю важких елементів.
Ілюстрація формування галактики: дифузний газ із міжгалактичного простору різко падає до центра, спричиняючи утворення зір. Якась кількість цього газу поповнює диск, що обертається навколо галактики. Коли зорі гинуть, вони повертають свій газ, вже збагачений важкими елементами, у галактику та в міжгалактичний простір. Авторські права на зображення: Tumlinson et al. (2017). Фото з сайту www.universetoday.com.
Не зовсім несподівано
Однак дослідники кажуть, що цей результат є не зовсім несподіваним. Теоретичні моделі формування галактик передбачили саме це. І тапер це виявлено.
«Результат дає нам перше уявлення про найдавніші стадії формування галактик, які, здається, більш тісно пов’язані з газом між галактиками, ніж ми вважали», — сказав Елм Гейнц. «Це одне з перших спостережень Джеймса Вебба на цю тему, тож ми все ще чекаємо, що можуть розповісти нам масштабніші та всебічні спостереження, які нині виконують астрономи».
Дослідники не сумніваються, що JWST надасть більше даних, і незабаром вони матимуть набагато чіткіше розуміння того, як галактики та перші структури почали формуватися протягом першого мільярда років після Великого Вибуху.
За інф. з сайту www.universetoday.com підготував Іван Крячко
