Міжнародна група астрономів, яку частково фінансує NASA, виявила найдальшу групу галактик, відомих на сьогоднішній день. Її назва EGS77. Це три галактики, що вже існували у Всесвіті, коли йому було лише 680 мільйонів років, або менше ніж 5% від теперішнього віку, який становить 13,8 мільярдів років.
Це складене зображення із архівних знімків, отриманих Космічним телескопом імені Габбла у видимому та інфрачервоному світлі, показує частину розширеної смуги Ґрота (Extended Groth Strip) — добре вивченої ділянки неба, розташованої між сузір’ями Великої Ведмедиці та Волопаса. Червоне зміщення галактик групи EGS77 (їх показано зеленими колами) становить 7,7. Це означає, що ми бачимо галактики такими, якими вони були, коли вік Всесвіту становив всього 680 мільйонів років. Поперечний розмір зображення становить 3,2 кутових хвилини. Фото з сайту www.nasa.gov.
Важливим є те, що спостереження вказують: галактики є учасниками глобальної космічної зміни під назвою реіонізація (reionization). Ця епоха почалася, коли світло від перших зір змінило природу водню по всьому Всесвіту (щось на кшталт того, як навесні тане замерзле озеро). Це перетворило темний ранній космос у той, який ми бачимо навколо себе нині.
Ця анімація показує місце EGS77 у космічній історії, демонструє політ до галактик та ілюструє, як ультрафіолетове світло від їхніх зір створює навколо них бульбашки іонізованого водню. Відео з сайту www.nasa.gov.
«Ранній Всесвіт був наповнений атомами водню, які так послаблюють ультрафіолетове світло, що закривають нам погляд на ранні галактики», — сказав Джеймс Роудс (James Rhoads) з Центру космічних польотів імені Ґоддарда NASA, який представив результати дослідження 5 січня на 235-му з’їзді Американського астрономічного товариства в Гонолулу. «EGS77 — перша група галактик, яка “визирнула” з цього космічного туману».
Хоча раніше науковці спостерігали більш віддалені окремі галактики, EGS77 — це найдальша на теперішній день група галактик в якої зареєстровано специфічні довжини хвиль далекого ультрафіолетового світла (УФ промені), спричинені процесом реіонізації. Це випромінювання, яке називають Лайман-альфа, наявне у всіх членів EGS77.
У своїй першій фазі Всесвіт світився завдяки плазмі з частинок, зокрема електронів, протонів, та атомних ядер. Атоми ще не могли існувати. Всесвіт перебував у іонізованому стані, подібно до газу всередині освітленого неонового знаку або флуоресцентної трубки.
Після розширення і охолодження Всесвіту протягом приблизно 380 000 років електрони і протони об’єдналися в перші атоми — переважна більшість з яких водень. Сотні мільйонів років по тому з цього газу виникли перші зорі та галактики. Але присутність великої кількості цього газу створює проблеми для виявлення галактик у ранньому Всесвіті.
Атоми водню легко поглинають і швидко випромінюють далеке ультрафіолетове світло, відоме як Лайман-альфа випромінювання з довжиною хвилі 121,6 нанометрів. Коли утворилися перші зорі, частина їхнього світла відповідала цій довжині хвилі. Оскільки Лайман-альфа випромінювання легко взаємодіяло з атомами водню, воно не могло далеко поширюватися — газ швидко розсіяв його у різних напрямках.
Ця візуалізація показує, як ультрафіолетове світло перших зір і галактик поступово перетворює Всесвіт. Атоми нейтрального водню легко розсіюють ультрафіолетове випромінювання, не даючи йому поширюватися дуже далеко від своїх джерел. Поступово інтенсивні УФ-промені від зір і галактик розщеплювали атоми водню, спричиняючи утворення бульбашок іонізованого газу, що розширювалися. Коли ці бульбашки ставали більших розмірів і перекривались, космічний туман розсіювався. Астрономи називають цей процес реіонізацією. На зображенні іонізовані ділянки показано блакитними та напівпрозорими, ділянки, де відбувається іонізація, червоні та білі, а ділянки нейтрального газу — темні та непрозорі. Відео з сайту www.nasa.gov.
«Інтенсивне світло від галактик може іонізувати довколишній водень, утворюючи бульбашки, які дозволяють світлу зір вільно рухатися», — сказав учасник дослідницької групи Вітал Тілві (Vithal Tilvi), науковий співробітник Аризонського університету. «EGS77 утворила великий міхур, що уможливлює її світлу подорожувати до Землі без особливого ослаблення. Зрештою, такі бульбашки виросли навколо всіх галактик і заповнили міжгалактичний простір, реіонізувавши Всесвіт і очистивши шлях світлу для подорожі крізь космос».
EGS77 виявлено в рамках виконання огляду Cosmic Deep And Wide Narrowband (Cosmic DAWN), в якому Роудс є головним дослідником. Група оглянула невелику площу в сузір’ї Волопаса, використавши створений на замовлення фільтр для інфрачервоної камери з надзвичайно широким полем Національної оптичної астрономічної обсерваторії (National Optical Astronomy Observatory’s Extremely Wide-Field InfraRed Imager, NEWFIRM), який був встановлений на 4-метровому телескопі Мейола в Національній обсерваторії Кітт Пік в Аризоні.
На вставці цього зображення показано групу галактик EGS77, які оточені бульбашками іонізованого водню, що перекриваються. Згідно з сучасними уявленнями ультрафіолетове випромінювання зір спричиняло утворення таких бульбашок в усьому ранньому Всесвіті, поступово перетворюючи його з непрозорого до повністю прозорого. Вставку показано на тлі архівного знімка, отриманого з допомогою Космічного телескопа імені Габбла у видимому та ближньому інфрачервоному світлі. Зеленими колами на ньому помічено три галактики EGS77. Фото з сайту www.nasa.gov.
Оскільки Всесвіт розширюється, довжина хвилі Лайман-альфа випромінювання від EGS77 розтягується на шляху до Землі, тому астрономи насправді виявляють його в ближньому інфрачервоному діапазоні електромагнітного спектра. Нині ми не можемо бачити цих галактик у видимому світлі, оскільки це світло мало коротшу довжину хвилі, ніж Лайман-альфа, і було розсіяне туманом атомів водню.
Щоб дібрати віддалених кандидатів у ранні галактики, дослідники порівняли їх зображення із відкритими спостережними даними цієї ж ділянки, отриманими космічними телескопами NASA «Габбл» (Hubble) та «Спітцер» (Spitzer). Галактики, які видно в ближньому інфрачервоному світлі, позначали як можливі кандидати, натомість ті, що проявляли себе у видимому світлі, не брали до уваги як занадто близькі.
Науковці підтвердили відстані до галактик EGS77 за допомогою багатооб’єктного спектрометра для інфрачервоного дослідження (Multi-Object Spectrometer for Infra-Red Exploration, MOSFIRE) на телескопі «Кек-1» (Keck I) в обсерваторії імені Кека (Мауна-Кеа, Гаваї). Всі ці галактики мають лінії випромінювання Лайман-альфа на дещо різній довжині хвилі, що вказує на трохи різні відстані. Відстань між сусідніми галактиками становить приблизно 2,3 мільйона світлових років — це трохи ближче, ніж відстань між галактикою Андромеди та нашим Молочним Шляхом.
«Хоча це перша група галактик, визнана відповідальною за космічну реіонізацію, майбутні місії NASA розкажуть нам набагато більше», — сказала співавтор дослідження Санджета Малготра (Sangeeta Malhotra) з Центру Ґоддарда. «Майбутній космічний телескоп Джеймса Вебба буде чутливим до випромінювання Лайман-альфа від навіть слабших галактик на цих відстанях і може знайти більше галактик в межах EGS77».
Астрономи очікують, що подібні бульбашки реіонізації з цієї епохи можуть бути рідкісними, а тому їх виявити не легко. Оглядовий інфрачервоний телескоп широкого поля (Wide Field Infrared Survey Telescope, WFIRST), який планує створити NASA, міг би виявити додаткові об’єкти, що пролило б ще більше світла на цю важливу зміну в історії Всесвіту.
Статтю, що описує результати науковців на чолі з Тілві, подано до Astrophysical Journal.
За інф. з сайту www.nasa.gov підготував Іван Крячко
