Одна из целей телескопа «Джеймс Уэбб» — открытие и изучение самых ранних галактик во Вселенной. Благодаря своим самым современным инструментам обсерватория может заглянуть далеко не только в пространстве, но и во времени, уловив свет буквально от первых звезд, вспыхнувших во Вселенной. В начале этого года «Джеймс Уэбб» принес сразу несколько интересных открытий, касающихся далеких звезд и ранних галактик. О них и расскажем в этом обзоре.
Протозвезды в галактике Треугольник
Джошуа Пелтонен с коллегами из Университета Альберты обнаружили протозвезды — звезды на начальной стадии эволюции. Считается, что это время (от 100 тысяч лет для массивных звезд до 10 миллиардов лет для легких) между началом сжатия молекулярного облака (межзвездного облака, в котором могут образовываться молекулы водорода) и запуском термоядерной реакции, после чего светило становится звездой главной последовательности. Хотя точного определения понятию «протозвезда» в астрономии нет.
Для наблюдений использовались данные не только «Джеймса Уэбба», но и «Хаббла». До этого протозвезды находили только в Млечном Пути или спутниках нашей галактики. Теперь же астрономы нашли 793 кандидата в протозвезды в одном из спиральных рукавов галактики М33, находящемся на расстоянии 2,7 миллиона световых лет.
Самые далекие протошаровые скопления
Галактику SPT0615-JD1 обнаружили в 2018 году благодаря телескопам «Хаббл» и «Спитцер». Она существовала в то время, когда нашей Вселенной было лишь 460 миллионов лет. Свет от нее удалось зафиксировать благодаря эффекту гравитационного линзирования — искривления излучения вблизи массивных объектов — от скопления галактик SPT-CL J0615-5746.
Возраст звезд в галактике составляет около 38 миллионов лет, их общая масса — примерно 2,9×107 массы Солнца. Астрономы под руководством Анжелы Адамо из Центра Оскара Кляйна обнаружили пять кандидатов в молодые звездные скопления диаметром около 1 парсека каждый. Их возраст составляет 9–35 миллионов лет, они дают около 30 процентов массы галактики.
Наблюдения именно таких объектов очень важно, поскольку в то время Вселенная находилась в эпохе Реионизации, когда излучение первых звезд вторично ионизировало нейтральные атомы водорода и гелия. Этот период считается ключевым в истории Вселенной, так как именно после него наш мир стал прозрачен для излучения. Изучение эпохи Реионизации позволяет понять, какой была Вселенная на ранних этапах эволюции и как она сформировалась.
Какие объекты вносили вклад в эпоху Реионизации — вопрос спорный, на эту роль претендуют квазары, яркие галактики или маломассивные галактики. Астрономы из Парижского института астрофизики исследовали восемь очень тусклых галактик с небольшими массами. Оказалось, что они могли производить достаточное количество фотонов, чтобы реионизировать межзвездный газ
Галактика, которая не вписывается в теорию
Наблюдения галактики ZF-UDS-7329 «Джеймс Уэбб» проводил еще в августе 2022 года. Ее красное смещение (изменение длины волны фотонов, вызванное расширением Вселенной) — 3,205, то есть свет от нее шел до Земли 11,5 миллиарда лет. При этом звезды в ней сформировались еще раньше — на 1,3–1,6 миллиарда лет. Однако их масса в четыре раза больше, чем масса звезд в Млечном Пути! Эти параметры, которые установили астрономы из Технологического университета Суинберна во главе с Карлом Гейзбруком, противоречат принятой сейчас в космологии модели холодной темной материи.
Согласно этой теории, в ранней Вселенной происходило слияние небольших гало темной материи в более массивные структуры. При этом видимая материя охлаждалась и коллапсировала в плотных зонах этого гало, что привело к появлению звезд. После этого первые галактики сливались в более крупные.
Однако в ZF-UDS-7329 звезды сформировались раньше, чем предсказывает модель холодной темной материи. Возможно, небольшие гало темной материи могли притягивать барионное вещество быстрее, чем это предсказывает теория, или необходимо выработать другую модель, в которой массивные гало образуются раньше. В любом случае, пока астрономы обнаружили лишь одну подобную галактику, поэтому необходимо больше наблюдений.
Массивные галактики, появившиеся раньше, чем ожидалось
Gz9p3 — группа сливающихся (или уже закончивших этот процесс) галактик, обнаруженная астрономами из Школы физики Университета Мельбурна. Разглядеть ее удалось благодаря гравитационному линзированию скоплением Abell 2744, хотя этот эффект оказался довольно слабым.
Эти галактики существовали в то время, когда Вселенной было всего 525 миллионов лет. В центральной зоне астрономы различили два галактических ядра, от которых идет длинная структура, которую сочли приливным хвостом. Возраст звезд в центре, где находится зона активного звездообразования, и в хвосте составляет примерно 50 миллионов лет, на окраинах центра расположены более старые звезды.
Масса Gz9p3 составляет 2,5×109 масс Солнца, это самая массивная и самая яркая галактика из всех, которые астрономы наблюдали в эпоху Реионизации. Это значит, что массивные галактики, содержащие миллиарды звезд, появлялись во Вселенной раньше, чем считалось.