Уэбб впервые запечатлел рождение древнейших галактик во Вселенной

На этой иллюстрации показана галактика, образовавшаяся всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, когда газ представлял собой смесь прозрачного и непрозрачного газа в эпоху реионизации. Данные космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА показывают, что в окрестностях этих ранних галактик находится много холодного нейтрального газа, и что этот газ может быть более плотным, чем ожидалось.
Уэбб наблюдал эти галактики в рамках научного обзора ранней космической эволюции (CEERS) через несколько месяцев после начала наблюдений в 2022 году. CEERS включает в себя как изображения, так и данные, известные как спектры, полученные с помощью небольшого затвора на борту NIRSpec (спектрограф ближнего инфракрасного диапазона). Данные CEERS были немедленно опубликованы для поддержки подобных открытий в рамках программы Уэбба Early Release Science (ERS). Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА, ККА, Джозеф Олмстед (STScI)

с использованием Космический телескоп Джеймса УэббаИсследователи из Копенгагенского университета стали первыми, кто обнаружил образование трех древнейших галактик во Вселенной более 13 миллиардов лет назад.

Впервые в истории астрономии исследователи из Института Нильса Бора стали свидетелями рождения трех старейших галактик, когда-либо существовавших во Вселенной, между 13,3 и 13,4 миллиарда лет назад.

Открытие было сделано с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, который принес нам первые «живые наблюдения» за формированием галактик здесь, на Земле.

С помощью телескопа исследователи смогли увидеть сигналы от большого количества газа, накапливающегося и накапливающегося в маленькой строящейся галактике. Хотя согласно теориям и компьютерному моделированию именно так формируются галактики, на самом деле такого никогда раньше не наблюдалось.

«Можно сказать, что это первые «прямые» изображения формирования галактик, которые мы когда-либо видели. «В то время как Джеймс Уэбб ранее показывал нам ранние галактики на более поздних стадиях развития, здесь мы являемся свидетелями их рождения и, таким образом, построения. первые звездные системы во Вселенной», — говорит доцент Каспер Эльм-Хайнц из Института Нильса Бора, который возглавил новое исследование.

Исследование опубликовано в престижном научном журнале Науки.

Как они это делают?

Исследователи смогли измерить формирование первых галактик во Вселенной, используя передовые модели того, как свет этих галактик поглощается нейтральным газом, присутствующим в них и вокруг них. Этот переход известен как переход Лаймана-альфа.

Измеряя свет, исследователи смогли отличить газ новообразованных галактик от других газов. Эти измерения стали возможны только благодаря невероятно чувствительным возможностям инфракрасной спектроскопии космического телескопа Джеймса Уэбба.

Галактики, родившиеся вскоре после Большого взрыва

По оценкам исследователей, рождение трех галактик произошло примерно через 400–600 миллионов лет после их появления. великий взрывВзрыв, с которого все началось. Хотя это кажется долгим сроком, это соответствует галактикам, которые сформировались в течение первых трех-четырех процентов общего возраста Вселенной, составляющего 13,8 миллиардов лет.

Вскоре после Большого взрыва Вселенная представляла собой массивный непрозрачный газ атомов водорода — в отличие от сегодняшнего дня, когда ночное небо усеяно покровом четко очерченных звезд.

«Через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва сформировались первые звезды, прежде чем звезды и газ начали сливаться в галактики. Именно этот процесс мы видим в наших наблюдениях», — объясняет доцент Дарач Уотсон.

Рождение галактик произошло в период истории Вселенной, известный как Эра реионизации, когда энергия и свет некоторых из первых галактик проникли в облака газообразного водорода.

Эти большие количества газообразного водорода были зафиксированы исследователями с помощью инфракрасного видения космического телескопа Джеймса Уэбба. Это самое отдаленное измерение холодного нейтрального газообразного водорода, строительного материала звезд и галактик, которое ученые обнаружили на сегодняшний день.

О ранней Вселенной

Вселенная начала свою «жизнь» около 13,8 миллиардов лет назад с мощного взрыва – Большого взрыва. Это событие привело к появлению множества субатомных частиц, таких как кварки и электроны. Эти частицы объединяются, образуя протоны и нейтроны, которые затем объединяются, образуя атомные ядра. Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва электроны начали вращаться вокруг атомных ядер, и постепенно сформировались простейшие атомы во Вселенной.

Первые звезды образовались несколько сотен миллионов лет спустя. В ядрах этих звезд сформировались самые большие и сложные атомы вокруг нас.

Позже звезды объединились и образовали галактики. Самые старые известные нам галактики образовались примерно через 3–400 миллионов лет после Большого взрыва. Наша Солнечная система возникла около 4,6 миллиардов лет назад, более чем через 9 миллиардов лет после Большого взрыва.

Это добавляет понимания нашего происхождения.

Исследование провел Каспер Эльм Хайнц в тесном сотрудничестве с коллегами-исследователями Дарахом Уотсоном и Габриэлем Браммером, а также докторантом Саймоном Виелгаардом из Центра космического рассвета Института Нильса Бора Копенгагенского университета – центра, заявленная цель которого состоит в том, чтобы исследовать и понять зарождение Вселенной. Этот последний результат приближает их к этому.

Исследовательская группа уже подала заявку на увеличение времени наблюдений с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, надеясь расширить свои новые открытия и узнать больше о самой ранней эпохе формирования галактик.

«Сейчас речь идет о картировании наших новых наблюдений формирования галактик более подробно, чем раньше. В то же время мы постоянно пытаемся расширить границы того, насколько далеко мы можем видеть Вселенную. Так что, возможно, мы справимся. дальше», — говорит Саймон Виелгаард.

По мнению исследователя, новые знания помогают ответить на один из фундаментальных вопросов человечества.

«Один из наиболее фундаментальных вопросов, которые мы, люди, всегда задаем, звучит так: «Откуда мы пришли?» Здесь мы собираем воедино больше ответов, подчеркивая момент создания некоторых из первых структур Вселенной. «Это процесс, который мы будем исследовать. Далее Так что, надеюсь, нам удастся соединить воедино больше частей головоломки», — заключает доцент Габриэль Браммер.

Ссылка: «Сильное поглощение Лайман-альфа в молодых звездообразующих галактиках на красных смещениях от 9 до 11», Каспер Э. Хайнц, Дарач Уотсон, Гэбриел Браммер, Саймон Виелгаард, Энн Хаттер, Виктория Б. Стрейт, Йорит Мэти, Паскаль А. Оиш, Пал Джейкобсон, Найл Р. Танвир, Питер Лаурсен, Рохан П. Найду, Шарлотта А. Мейсон, Мегана Келли, Энтай Юнг, Тайгер Ю-Янг Сяо, Абдул Рауф, Дэн Куо, Пабло Аррабаль Аро, Стивен Л. Финкельштейн и сын Тофт, 23 мая 2024 г., Науки.
doi: 10.1126/science.adj0343

Исследование провели исследователи Каспер Э. Хайнц, Дарач Уотсон, Габриэль Браммер, Саймон Вигелгаард, Энн Хаттер и Виктория Б. Стрейт, Йорит Мэти и Паскаль А. Авиш, Пал Джейкобсон и Найл Р. Танвир, Питер Лаурсен и Рохан Б. Найду, Шарлотта А. Мейсон, Мегана Келли, Энтай Юнг, Тайгер Ю-Ян Сяо, Абдул Рауф, Дэн Куо, Пабло Аррабаль Аро, Стивен Л. Финкельштейн и Сон Тофт.

Датская часть исследования финансируется Датским национальным исследовательским фондом и Фондом Carlsberg.