Ранние галактики были обогащены тяжелыми элементами и выбрасывали их в атмосферу

Фото из открытых источников

Наше понимание ранней Вселенной только что существенно изменилось. Ранее предполагалось, что для обогащения Вселенной кислородом, углеродом и другими более тяжелыми элементами потребовались сотни миллионов лет. Новые наблюдения ставят под сомнение эту картину. Статья с результатами нового исследования была опубликована в журнале Nature Astronomy.

В течение секунд и минут после Большого взрыва образовались только водород и гелий (и небольшое количество лития). Все остальные элементы в конечном итоге были созданы звёздами.

Мы никогда не видели самое первое поколение звёзд. Но, похоже, они были настоящими центрами как в производстве, так и в распространении элементов, поскольку новые наблюдения JWST показывают, что эти более тяжёлые элементы начали распространяться из этих галактик ещё через 500 миллионов лет после Большого взрыва.

Наблюдения за ранней Вселенной уже ставили под сомнение скорость загрязнения галактики элементами, отличными от водорода и гелия. Теперь же, похоже, им удалось распространить их в межгалактическое пространство.

«Мы обнаружили, что тяжелые элементы покидали галактики на очень ранних этапах космического времени», — заявил ведущий автор исследования Йонгда Чжу из Университета Аризоны. «Галактики не только производили эти элементы, но и рассеивали их, возможно, закладывая основы для других галактик».

Этот период развития Вселенной известен как Эпоха реионизации. Большая часть водорода во Вселенной в тот момент была нейтральной (то есть состояла из протона и электрона). 

Свет молодых звёзд в конечном итоге оторвал эти электроны, этот процесс называется ионизацией. Поскольку это была вторая ионизация водорода — так же, как и его первое образование — этот процесс называется реионизацией.

Использовали свет ещё более далёких объектов, чтобы подсветить газ, окружавший галактики, существовавшие примерно 12 миллиардов лет назад, или около 500 миллионов лет после Большого взрыва. Более далёкие источники освещают этот газ, и команда смогла определить присутствующие в нём элементы.

«Мы использовали сами галактики в качестве источников фонового света, — сказал Чжу. — Когда свет от галактик двигался к Земле, он проходил через окружающий газ, и мы смогли изучить закономерности поглощения света, чтобы обнаружить определенные элементы».

На основе этих наблюдений работа предполагает, что даже на столь раннем этапе истории Вселенной, когда космос составлял всего 3 процента от своего нынешнего возраста, галактики уже имели химический состав, схожий с составом галактик, существовавших миллиарды лет спустя. Это говорит о том, что обогащение происходило очень быстро.

«Если вы начнете с чистого ванильного мороженого, но вскоре добавите в него посыпку, то очень скоро вы больше не сможете найти чистое, простое ванильное мороженое», — провел аналогию Чжу.