Ранние галактики были окружены огромными водородными облаками

Фото из открытых источников

Основываясь на наиболее широко принятых моделях происхождения Вселенной — космологии Большого взрыва и модели LCDM — учёные предполагают, что Вселенная была пронизана массивными облаками нейтрального водорода. Из этого материала в течение нескольких сотен эонов быстро сформировались первые звёзды и галактики — событие, которое астрономы и космологи называют «Космическим рассветом ». Некоторое время существовала также теория, что эти ранние галактики были окружены гигантскими водородными газовыми гало, называемыми «туманностями Лаймана-альфа».

Теоретически, для столь быстрого образования этих галактик потребовались бы огромные запасы водородного газа. Однако до недавнего времени астрономы находили свидетельства существования лишь нескольких тысяч таких облаков. А теперь группа астрономов, используя данные эксперимента по изучению темной энергии с помощью телескопа Хобби-Эберли (HETDEX) в обсерватории Макдональд Техасского университета в Остине, обнаружила десятки тысяч гало, существовавших 10-12 миллиардов лет назад, что совпадает с «Космическим рассветом».

Исследование возглавили Эрин Ментуч Купер, менеджер данных HETDEX, и Карл Гебхардт, главный исследователь HETDEX и заведующий кафедрой астрономии Техасского университета в Остине. К ним присоединились исследователи из Института гравитации и космоса (IGC), Института физики и математики Вселенной Кавли (IPMU), Национальной астрономической обсерватории Японии (NAOJ), Института астрофизики им. Лейбница в Потсдаме (AIP) и нескольких университетов. Статья с описанием их результатов недавно была опубликована в журнале The Astrophysical Journal.

Космический аппарат HETDEX был разработан для составления карты положения более миллиона галактик в течение трехлетней номинальной миссии по измерению влияния темной энергии. Статистически объединяя спектры тысяч далеких галактик (метод, известный как «стекинг»), исследователи могут обнаруживать очень слабые спектральные особенности, которые в отдельных галактиках иначе не обнаруживаются. Хотя водородный газ невероятно трудно обнаружить, поскольку он не излучает собственный свет, он будет светиться в присутствии ярких галактик и звезд, излучающих ультрафиолетовое излучение.

Для обнаружения этого свечения необходима специализированная обсерватория с точными приборами, способными отслеживать один и тот же участок неба. «Телескоп Хобби-Эберли — один из крупнейших в мире», — сказал научный сотрудник Дастин Дэвис, ученый из HETDEX и соавтор исследования. «А прибор, используемый HETDEX, генерирует 100 000 спектров за каждое наблюдение. Таким образом, у нас есть огромные объемы данных, и нас ждут всевозможные интересные, необычные и удивительные открытия».

Предыдущие исследования выявили лишь несколько тысяч гало (около 3000), поскольку используемые инструменты были недостаточно чувствительны для обнаружения чего-либо, кроме самых ярких примеров. Более того, наблюдения ранних галактик проводились с таким увеличением, чтобы исключить помехи от многочисленных объектов переднего плана, в результате чего были видны только самые маленькие гало. Из-за этого всё, что находилось между крошечными гало и самыми экстремальными, оставалось недоступным для астрономов.

«Мы анализируем одни и те же несколько объектов последние 20 лет или около того», — сказал Купер. «HETDEX позволяет нам обнаружить гораздо больше таких гало и измерить их форму и размеры. Это действительно позволило нам создать удивительный статистический каталог». Из 1,6 миллиона ранних галактик, идентифицированных HETDEX на данный момент, команда отобрала 70 000 самых ярких, которые затем были проанализированы суперкомпьютерами в Техасском центре передовых вычислений (TACC) в поисках признаков окружающего гало.

Почти половина кандидатов соответствовала этим параметрам, но Купер и ее команда подозревают, что самые слабые системы недостаточно яркие, чтобы показать их реальные размеры. Помимо увеличения числа известных водородных газовых гало в десять раз (примерно с 3000 до 33000), это исследование также расширяет диапазон известных размеров. Вновь обнаруженные гало имеют диаметр от десятков тысяч до сотен тысяч световых лет, окутывая отдельные галактики и скопления галактик.

«Мы собрали почти полпетабайта данных не только об этих галактиках, но и о регионах между ними», — сказал Гебхардт. «Наши наблюдения охватывают область неба, по размерам равную более чем 2000 полным лунам. Масштаб огромен и беспрецедентен». Это не только подтверждает, что эти гало не являются редким явлением, но и предоставляет более репрезентативную выборку для астрономов, изучающих раннюю Вселенную. Команда надеется, что их открытие поможет ученым изучить эволюцию ранней Вселенной и провести более детальные исследования физики и механики, управляющих водородными гало.