Вебб побачив те, чого не мало бути: світло зі світанку часу

Космічний телескоп Джеймса Вебба зафіксував випромінювання від галактики JADES-GS-z13-1, що існувала лише 330 мільйонів років після Великого вибуху, в період, коли Всесвіт мав бути непрозорим через оповитий нейтральним воднем простір, створюючи космологічну загадку, яка може вказувати на присутність перших зірок Всесвіту або надмасивної чорної діри.

Це відкриття, здійснене в рамках проєкту NASA “Поглиблене глибоке позагалактичне дослідження” (JADES), кидає виклик існуючій моделі ранньої еволюції Всесвіту. Виявлення альфа-випромінювання Лаймана від цієї галактики суперечить нашому розумінню космологічної епохи реіонізації. Згідно з загальноприйнятими теоріями, протягом перших сотень мільйонів років після Великого вибуху космос був заповнений нейтральним воднем, який ефективно поглинав випромінювання.

Альфа-випромінювання Лаймана виникає, коли електрон у нейтральному атомі водню збуджується енергійним фотоном. Це випромінювання широко спостерігається в сучасному Всесвіті, але його наявність у такій ранній галактиці є несподіванкою для вчених.

Традиційно вважається, що тільки після епохи реіонізації, яка почалася приблизно через мільярд років після Великого вибуху, Всесвіт став достатньо прозорим для спостереження такого випромінювання. До цього моменту нейтральний водень поглинав більшість електромагнітного випромінювання.

Пошук пояснень для неможливого спостереження

Результати дослідження, опубліковані в журналі Nature, пропонують декілька потенційних пояснень цього парадоксального відкриття. “Несподіване альфа-випромінювання Лаймана вказує на те, що галактика є активним виробником і витоком іонізуючих фотонів”, – зазначають дослідники NASA і ESA у своїй публікації. Ці іонізуючі фотони могли створити локальну реіонізовану область, дозволивши випромінюванню втекти.

Одна з гіпотез припускає, що джерелом випромінювання можуть бути зорі Популяції III (Pop III) – перше покоління зірок у Всесвіті. Теоретично ці зорі були надзвичайно масивними та яскравими, випромінюючи інтенсивне світло, здатне іонізувати навколишній водень.

Проте ця теорія має певні недоліки. Розрахована зоряна маса галактики GS-z13-1 недостатньо велика, щоб пояснити наявність значної кількості зір Популяції III. Крім того, від таких зір очікується певний спектр випромінювання, не всі компоненти якого виявлені в спостереженнях галактики.

Альтернативне пояснення пов’язує це явище з активним галактичним ядром (AGN), що містить надмасивну чорну діру. Такі об’єкти акумулюють та поглинають колосальні обсяги матерії, вивергаючи потужні потоки газу, які могли іонізувати локальну область простору навколо галактики значно раніше, ніж почалася загальна реіонізація Всесвіту.

Значення для космології та наші перспективи

Відкриття галактики GS-z13-1 потенційно може змінити наше розуміння ранньої еволюції Всесвіту та процесу формування перших космічних структур. Воно ставить під сумнів уявлення про те, коли саме відбулася реіонізація водню в різних частинах Всесвіту.

Якщо підтвердиться, що випромінювання походить від зір Популяції III, це стане першим прямим спостереженням цих гіпотетичних об’єктів, які вважаються першими джерелами світла у Всесвіті. Такі зорі мали б кардинально відрізнятися від сучасних, оскільки сформувалися з первинної матерії, що складалася майже виключно з водню та гелію.

З іншого боку, якщо джерелом випромінювання виявиться надмасивна чорна діра, це допоможе прояснити, як такі об’єкти могли формуватися на ранніх етапах еволюції Всесвіту. Питання походження надмасивних чорних дір у ранньому Всесвіті залишається одним із найбільших викликів сучасної космології.

Відкриття здійснене завдяки унікальним можливостям космічного телескопа Джеймса Вебба, який здатний спостерігати об’єкти на безпрецедентних космологічних відстанях. Його інструменти дозволили вловити слабке випромінювання від галактики, яка існувала тоді, коли вік Всесвіту становив лише 2% від його нинішнього віку.

Дослідники сподіваються, що подальші спостереження за допомогою телескопа Вебба та проєкту “Карта життя”, який відстежує поширення космічних об’єктів, допоможуть розгадати цю загадку та поглибити наше розуміння ранньої історії Всесвіту.