Используя новейший спектрограф космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), астрономы обнаружили доказательства того, что межзвездный кислород был гораздо более распространен во многих древних галактиках, чем считалось ранее. Команда под руководством Кимихико Накаджимы из Национальной астрономической обсерватории Японии надеется, что их наблюдения могут улучшить наше понимание ранней Вселенной.
В результате Большого взрыва молодая Вселенная состояла из водорода, гелия и небольшого количества лития, и эта материя объединилась, образовав первые звезды и галактики. Более тяжелые элементы, такие как кислород, образовались в результате ядерного синтеза в ядрах появившихся звезд. Когда звезды взрывались сверхновыми, тяжелые элементы разлетались по всем галактикам, навсегда изменяя химический состав космоса.
“Металличность газовой фазы” – это наблюдательный параметр, описывающий обилие этих тяжелых элементов в галактиках (астрономы используют термин “металл” для всех элементов тяжелее гелия). Его значение имеет решающее значение для понимания истории эволюции галактики, а также для предсказания времени возникновения сложных молекул – возможных строительных блоков жизни.
Надежный измеритель
Надежным показателем металличности газовой фазы галактики является содержание ионизированного кислорода в ее межзвездной среде. Это количество можно определить, наблюдая характерный свет, излучаемый кислородом. Однако такой подход имеет свои ограничения при наблюдении за очень ранней Вселенной.
“Предыдущие наблюдения уже выявили наличие большого количества кислорода в галактиках примерно через два миллиарда лет после Большого взрыва”, – объясняет Накадзима. “Однако на свет от галактик, существовавших еще дальше в прошлое, сильно влияет расширение Вселенной, из-за чего он смещается в ближний инфракрасный диапазон”.
Теперь Накадзима и его коллеги наблюдали за этим красным смещением света с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона (NIRSpec) JWST, что позволило им совершить прорыв в измерении металличности газовой фазы древних галактик.
Прорывные наблюдения
“Мы идентифицировали 138 древних галактик, существовавших более 12 миллиардов лет назад, и определили содержание в них кислорода – уровень анализа, практически невозможный до запуска JWST”, – восторгается Накаджима. “Мы разработали и строго применили передовые методы анализа к данным NIRSpec, проведя анализ в масштабах, в несколько раз превышающих предыдущие исследования”.
Результаты показали, что во всех, кроме нескольких самых старых галактик, наблюдаемых NIRSpec, состав межзвездной среды был удивительно знакомым.
“В большинстве галактик содержание кислорода было таким же, как в современных галактиках, – говорит Накаджима. “Однако в шести самых древних галактиках, существовавших, когда возраст Вселенной составлял всего 500-700 миллионов лет, кислорода было гораздо меньше, чем в современных галактиках”.
Благодаря этому открытию команда смогла более точно определить, когда начал меняться элементный состав Вселенной.
“Полученные результаты свидетельствуют о быстром и резком увеличении содержания кислорода в галактиках в течение первых 500-700 миллионов лет после рождения Вселенной”, – говорит Накаджима. “Этот вывод может свидетельствовать о том, что в ранней Вселенной такие необходимые ингредиенты, как кислород, уже были в большом количестве, и жизнь могла появиться гораздо раньше, чем считалось ранее”.
Команда предполагает, что это внезапное изменение могло быть вызвано различиями в характере звездообразования в ранней Вселенной, а также перетеканием материала в галактики и из них. Дальнейшие наблюдения с помощью NIRSpec в сочетании с более глубокими статистическими расчетами позволят им построить более надежную теорию в своей будущей работе.
Результаты наблюдений описаны в журнале The Astrophysical Journal Supplement Series.
Читайте также: Почему Вселенная кажется идеально приспособленной для существования жизни?