Астрофизики из Калифорнийского технологического института выступили с заявлением, в котором сообщили об открытии самой удаленной и самой древней из известных галактик. Ее возраст составляет 13,2 миллиарда лет — она всего примерно на 500 миллионов лет моложе Вселенной — и ее открытие может изменить некоторые представления астрофизиков о раннем периоде истории нашего космоса.

Впервые галактику EGS8p7 ученые Ади Зитрин и Ричард Эллис обнаружили благодаря космическим телескопам «Хаббл» и «Спитцер» и, получив первичные данные, решили разглядеть ее получше. Чтобы больше узнать о истории EGS8p7, астрофизикам потребовалось использовать различные инструменты, поэтому решено было задействовать спектрометр MOSFIRE (Multi-Object Spectrometer For InfraRed Exploration), установленный в обсерватории Кека, что на Гавайях.

Спектрографический анализ является одним из способов пронаблюдать за всем спектром электромагнитного излучения объектов. В частности, ученые хотели узнать показатель длинноволнового смещения галактики. Более длинные волны света показываются спектрографом красным цветом, поэтому спектр более удаленных объектов будет смещаться к красному цвету. Это явление называется красным сдвигом, и астрофизики часто его используют для определения дистанции и возраста галактик.

EGS8p7 имеет уровень красного смещения 8,68. До открытия этой галактики ученые знали галактику, которая обладала уровнем красного смещения 7,73. Однако возраст и удаленность новой галактики — не единственное, что заинтересовало ученых.

Неожиданная сигнатура

Зитрин, Эллис и их коллеги были удивлены тем, что они увидели в спектрах EGS8p7. Большое скопление горячего водорода, подогреваемое ультрафиолетовым излучением новых звезд, создает спектральную сигнатуру, получившую название линия Лайман-альфа. Как правило, когда ученые отмечают линию Лайман-альфа, то она может говорить о том, что в этом регионе космоса происходит активное звездообразование или формирование новых галактик. В случае же с EGS8p7, чей возраст составляет 13,2 миллиарда лет, ее линия Лайман-альфа должна была быть давно поглощена облаками газа водорода.

«Удивительно, что мы смогли найти линию Лайман-альфа у галактики, чей уровень красного смещения составляет 8,68, что могло бы, в свою очередь, указывать на то время ее формирования, когда Вселенная должна была быть заполненной поглощающими излучение облаками водорода», — говорит Эллис.

Такое несоответствие в спектральных показателях может дать ученым новую информацию о ранней истории нашей Вселенной. О своих идеях ученые поделились на страницах журнала Astrophysical Journal Letters.

Облака в ранней Вселенной

Сразу же после Большого взрыва материя существовала только в виде заряженных частиц — протонов и электронов, — потому как очень молодая Вселенная еще была слишком горячей для того, чтобы частицы могли соединяться и формировать атомы. Согласно астрофизикам, спустя около 38 000 лет Вселенная достаточно остыла для того, чтобы свободные электроны и протоны смогли сформировать нейтральные атомы водорода, без положительного или отрицательного заряда. Благодаря гравитации эти атомы начали образовывать огромные облака газа, поглощающие излучение, создаваемое молодыми галактиками, в том числе и линию Лайман-альфа. Примерно в это время и родилась галактика EGS8p7.

«Если посмотреть на галактики ранней Вселенной, то можно отметить большое скопление нейтрального непрозрачного водорода», — говорит Зитрин.

«Мы ожидали, что большая часть излучения этой галактики будет поглощена водородом межзвездного пространства. Однако мы отмечаем здесь явное наличие линии Лайман-альфа».

Так почему же у галактики EGS8p7 прослеживаются спектрографические сигнатуры, когда согласно нынешним моделям ранней Вселенной они не должны отмечаться?

Ионизация Вселенной

Когда сформировались первые галактики, включая EGS8p7, то в промежутке между полумиллиардом и миллиардом лет после Большого взрыва произошла повторная ионизация материи. Излучение, создаваемое галактиками, прошло через облака водорода и ионизировало их. Ионизированный водород поглотил другие, по сравнению с нейтральным водородом, длины волн излучения, поэтому спустя 1 миллиард лет у галактик вновь стали видимыми линии Лайман-альфа.

Ученые считают, что реионизация не была равномерной по всей Вселенной. Когда образовалась галактика EGS8p7, ее излучение могло быть достаточно горячим и ярким для того, чтобы ионизировать водородные облака вокруг нее и прорваться свечению через плотное кольцо линии Лайман-альфа. Со стороны это делает галактику EGS8p7 похожей на гигантскую яркую снежинку.

«Галактика, за которой мы наблюдали, EGS8p7, необычайно яркая. Все это может быть благодаря наличию множества сверхгорячих звезд внутри нее. И, возможно, эта особенность дала ей в свое время возможность гораздо раньше, чем у типичных галактик того времени, создать вокруг себя гигантское облако ионизированного водорода», — объясняет Сирио Белли, студент магистратуры Калифорнийского технологического института, также принимавший участие в этом исследовании.

Зитрин и Эллис говорят, что на основе того, что они узнали от галактики EGS8p7, сейчас они проводят перерасчет временной линии реионизации. В перспективе это поможет улучшить наши знания о ранней эволюции нашей Вселенной.