Древняя нетронутая галактика подтверждает теорию Большого взрыва

Фото из открытых источников

Наше понимание Вселенной начинается с Большого взрыва, момента, когда Вселенная начала расширяться, превратившись в то, что мы видим вокруг себя сейчас. Нуклеосинтез Большого взрыва описывает, как изначально образовались только самые лёгкие элементы: водород, гелий и крошечное количество лития. Для элементов, более тяжёлых, чем те, которые астрофизики называют металлами, потребовалось целое поколение звёзд.

Эта первая популяция звёзд называется звёздами популяции 3, и именно они создали первые металлы во Вселенной – элементы тяжелее водорода и гелия. Сами звёзды популяции 3 не содержали металлов или обладали крайне низкой металличностью, и они образовали их посредством звёздного нуклеосинтеза. Звёзды не образуются изолированно, они формируются в галактиках, поэтому должны были существовать и галактики популяции 3, и их звёздное население не должно было содержать металлов.

Наше понимание Вселенной, мягко говоря, неполное, и есть некоторые недостающие фрагменты, которые учёные очень хотели бы найти. Эти недостающие фрагменты подтвердили бы, что мы на правильном пути к пониманию природы. Один из недостающих фрагментов — неуловимые галактики третьего поколения. Должны существовать ранние галактики с большими красными смещениями и нулевой металличностью, и их обнаружение стало бы дополнительным доказательством в поддержку нашего понимания Вселенной.

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба удивил всех нас, обнаружив крупные, полностью сформировавшиеся галактики гораздо раньше, чем мы думали. Это перевернуло представления учёных об эволюции Вселенной. Согласно нашим представлениям, существовавшим до появления телескопа имени Джеймса Уэбба, столь крупные и зрелые галактики не должны были существовать на столь раннем этапе истории Вселенной, и их открытие вызвало бурный интерес в научном сообществе.

Но, несмотря на то, что JWST обнаружил эти крупные галактики в столь раннем возрасте, он не обнаружил ни одной галактики с нулевой металличностью. Мощный телескоп JWST обнаружил галактики, образовавшиеся всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, но до сих пор не смог с уверенностью обнаружить ни одну из этих галактик с нулевой металличностью.

Кислород может играть ключевую роль в наблюдении космоса. Космологическая модель Большого взрыва утверждает, что в ранних галактиках не должно быть ничего тяжелее водорода и гелия, включая кислород. Линия излучения OIII в спектроскопии может показать астрономам множество фактов. Она указывает на активность звездообразования и особенно полезна для измерения этой активности на больших красных смещениях. Она полезна для наблюдения на больших красных смещениях с Земли и ещё более полезна при измерениях с помощью космических телескопов, таких как JWST.

В очень ранних галактиках сильные эмиссии OIII указывают на низкую металличность. Когда астрономы находят галактику с низкой эмиссией OIII, это также указывает на то, что она сформировалась в условиях, сильно отличающихся от современных. До сих пор им не удалось обнаружить убедительных примеров.

Но всё могло измениться. Новое исследование, представленное в журнал Nature, представляет собой открытие галактики, которая может быть нетронутой. Исследование называется «Нетронутое массивное звёздообразование, запечатлённое на рассвете космической зари», а его ведущим автором является Такахиро Морисита. Морисита — научный сотрудник Центра обработки и анализа инфракрасных данных (IPAC) Калифорнийского технологического института.

«Существование галактик, не содержащих таких элементов, как кислород, образованных звёздами после нуклеосинтеза в эпоху Большого взрыва, является ключевым предсказанием космологической модели», — пишут исследователи. «Однако до сих пор не обнаружено ни одной чистой галактики населения III с «нулевой металличностью».

До сих пор Моришита и его соавторы нашли галактику, соответствующую этому описанию. Они обнаружили её на красном смещении z = 5,725, что означает, что её свет был испущен, когда Вселенной было всего около 900 миллионов – 1 миллиарда лет. Она получила название AMORE6 и была обнаружена с помощью гравитационного линзирования. Это увеличило и дублировало изображения галактики, что облегчило наблюдения. JWST обнаружил эмиссию Hβ, важной линии в астрономии, используемой для измерения галактик различными способами, но не обнаружил кислорода. Это означает, что её металличность очень низкая. «Отсутствие [O iii] сразу же указывает на то, что AMORE6 содержит очень низкометалличную, почти первозданную межзвёздную среду», – объясняют авторы.

Галактика также демонстрирует малую звёздную массу и чрезвычайно компактную морфологию. «Эти свойства согласуются с данными о массивном звездообразовании в первозданной или почти первозданной среде», — пишут авторы. Дело в том, что эта галактика не такая старая, как некоторые более ранние, полностью сформировавшиеся галактики, обнаруженные JWST. Несколько озадачивает тот факт, что этот яркий пример первозданной среды звездообразования с низкой металличностью был обнаружен почти через миллиард лет после Большого взрыва.

Для подтверждения этих результатов и более детального их понимания потребуются дополнительные исследования. Однако это открытие свидетельствует о том, что мы на правильном пути к пониманию природы.

«Обнаружение подобного примера в относительно поздний период космической истории удивительно», — пишут исследователи. «Однако, независимо от космической эпохи, обнаружение потенциально первозданного объекта является ключевым подтверждением модели Большого взрыва».