Исследователи обнаружили яркий ультрафиолетовый (УФ) свет, исходящий из древней далекой галактики. Результаты исследования, опубликованные 26 марта в журнале Nature, свидетельствуют о том, что первые звезды во Вселенной изменили свое окружение даже раньше, чем предполагалось.

Вскоре после Большого взрыва Вселенная представляла собой суп из протонов, нейтронов и электронов. Когда Вселенная остыла, протоны и нейтроны объединились, образовав положительно заряженные ионы водорода, которые затем притянули отрицательно заряженные электроны, создав туман из нейтральных атомов водорода. Этот туман поглощал свет с короткой длиной волны, например ультрафиолетовое излучение, не позволяя ему проникать дальше во Вселенную.

Но когда образовались первые звезды и галактики, они излучили достаточно ультрафиолетового света, чтобы сбить электроны с атомов водорода и снова пропустить ультрафиолетовый свет. Хотя считается, что «Эра реионизации» закончилась примерно через миллиард лет после Большого взрыва, ученые до сих пор точно не знают, когда образовались первые звезды и когда началась Эра реионизации.

Новые данные могут помочь определить эту точку отсчета. С помощью JWST исследователи наблюдали за древней галактикой, известной как JADES-GS-z13-1. Галактика находится так далеко от Земли, что мы наблюдаем ее в том виде, в котором она появилась всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва.

В данных JWST ученые заметили яркий свет на определенной длине волны, известной как эмиссия Лайман-альфа, которую производит водород. Хотя изначально свет был ультрафиолетовым, расширение Вселенной за более чем 13 миллиардов лет растянуло его в инфракрасную область, сделав видимым для датчиков JWST.

Чтобы излучение Лайман-альфа достигло Земли сегодня, JADES-GS-z13-1 должен был достаточно ионизировать окружающий его водородный газ, чтобы ультрафиолетовое излучение вышло наружу, чего ученые не ожидали так рано в развитии Вселенной.

«GS-z13-1 была замечена, когда возраст Вселенной составлял всего 330 миллионов лет, однако она демонстрирует удивительно четкую сигнатуру излучения Лайман-альфа, которую можно увидеть только после того, как окружающий туман полностью рассеется», — сказал соавтор исследования Роберто Майолино, астрофизик из Кембриджского университета, в своем заявлении. «Этот результат оказался совершенно неожиданным для теорий раннего формирования галактик и застал астрономов врасплох».

Исследователи до сих пор не знают, что вызвало излучение Лайман-альфа в JADES-GS-z13-1. Возможно, свет исходит от чрезвычайно горячих и массивных ранних звезд, а может быть, его порождает ранняя сверхмассивная черная дыра.

«Мы действительно не должны были найти такую галактику, учитывая наше понимание того, как развивалась Вселенная», — сказал соавтор исследования Кевин Хейнлайн, астроном из Университета Аризоны, в своем заявлении. «Мы можем представить себе раннюю Вселенную как окутанную густым туманом, сквозь который очень трудно найти даже мощные маяки, но здесь мы видим луч света от этой галактики, пронзающий завесу».

«Эта захватывающая эмиссионная линия имеет огромное значение для того, как и когда Вселенная реионизировалась», — заключил Хейнлайн.

Открытие JADES-GS-z13-1 не только подчеркивает важность космического телескопа Джеймса Уэбба в изучении ранней Вселенной, но и ставит новые вопросы о том, как формировались первые галактики и звезды. Астрономы начинают осознавать, что ранняя Вселенная была гораздо более динамичной и разнообразной, чем предполагалось ранее. Этот неожиданный световой маяк указывает на возможность существования более сложных процессов и механизмов, которые могли быть активны в этот период, о которых учёные пока лишь догадываются.

Возможно, вселенная не была столь однородной, как считали астрономы — различные регионы могли иметь разные уровни ионизации и динамики формирования звезд. Ученые предполагают, что сложные взаимодействия между газом, звездами и черными дырами могли способствовать более быстрому процессу реионизации, чем считалось.

Кроме того, исследование JADES-GS-z13-1 ставит под сомнение текущие модели ранней звездной эволюции. Если массивные звезды действительно образовались раньше, чем ожидалось, это может изменить наше представление о химическом обогащении Вселенной, поскольку эти первичные звезды, вероятно, создали и разбросали тяжелые элементы, которые позже стали основой для формирования последующих галактик, включая нашу Млечный путь.

Ученые планируют использовать новые данные телескопа для проведения дальнейших наблюдений других древних галактик в надежде выяснить, насколько распространен этот феномен. Так, может быть, мы сможем не только получить более полное представление о первой Эре звёзд, но и о процессах, которые привели к появлению структур, которые мы наблюдаем в современном宇宙.

Постепенно, совершая шаги глубже и глубже в туман ранней эры, астрономы начинают раскрывать одну из величайших тайн человечества — как из простого космологического хаоса родилась красивая и сложная Вселенная, наполненная звездами, галактиками и, возможно, жизнью. Каждый яркий луч света, который достигает нас из глубины времён, становится ключом к разгадке этой бесконечной загадки. Исследователи уверены, что впереди их ждет много удивительных открытий и возможностей, которые смогут расширить границы наших знаний о космосе и нашем месте в нём.