Телескоп Уэбба видит галактику, таинственным образом рассеивающую туман ранней Вселенной
JADES-GS-z13-1 в области GOODS-S. Автор: ESA/Webb, NASA, STScI, CSA, JADES Collaboration
Астрономы обнаружили яркий выброс водорода из галактики в очень ранней Вселенной. Неожиданное открытие бросает вызов исследователям, пытаясь объяснить, как этот свет мог пронзить густой туман нейтрального водорода, заполнявший пространство в то время.
Основной целью космического телескопа имени Джеймса Уэбба (НАСА/ЕКА/ККА) было заглянуть дальше, чем когда-либо прежде, в далекое прошлое нашей Вселенной, когда после Большого взрыва формировались первые галактики, в период, известный как космический рассвет.
Исследователи, изучающие одну из тех очень ранних галактик, теперь сделали открытие в спектре ее света, которое бросает вызов нашему устоявшемуся пониманию ранней истории Вселенной. Их результаты опубликованы в журнале Nature.
Кра́сное смеще́ние в астрофизике — явление, при котором длина волны электромагнитного излучения для наблюдателя увеличивается относительно длины волны излучения, испущенного источником. Также красным смещением называется безразмерная величина, которая характеризует изменение длины волны при данном явлении. Красное смещение может быть вызвано тремя причинами: оно может быть доплеровским, гравитационным и космологическим, но несмотря на разную природу, во всех трёх случаях красное смещение внешне проявляется одинаковым образом. Обратное явление — уменьшение наблюдаемой длины волны, имеющее ту же природу, — называется синим смещением. Википедия
Изображение NIRCam дало первоначальную оценку красного смещения в 12,9. Чтобы подтвердить его экстремальное красное смещение, международная группа под руководством доктора Йориса Витстока, ранее работавшего в Институте космологии Кавли Кембриджского университета, наблюдала галактику с помощью инструмента Уэбба «Ближний инфракрасный спектрограф» (NIRSpec).
Наблюдения NIRCam и NIRSpec/PRISM за JADES-GS-z13-1-LA. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08779-5
Полученный спектр подтвердил, что красное смещение составляет 13,0. Это соответствует галактике, наблюдаемой всего через 330 миллионов лет после Большого взрыва, что составляет малую часть нынешнего возраста Вселенной в 13,8 миллиардов лет.
Но также выделялась неожиданная особенность: одна конкретная, отчетливо яркая длина волны света, идентифицированная как излучение Лаймана-α, излучаемое атомами водорода. Это излучение было намного сильнее, чем астрономы считали возможным на этой ранней стадии развития Вселенной.
«Ранняя Вселенная была окутана густым туманом нейтрального водорода», — сказал соавтор, профессор Роберто Майолино из Института космологии Кавли в Кембридже. «Большая часть этой дымки развеялась в процессе, называемом реионизацией, который завершился примерно через миллиард лет после Большого взрыва».
«GS-z13-1 был обнаружен, когда Вселенной было всего 330 миллионов лет, однако он демонстрирует удивительно четкую, характерную сигнатуру излучения Лаймана-α, которую можно увидеть только после того, как окружающий туман полностью рассеется. Этот результат оказался совершенно неожиданным для теорий раннего формирования галактик и застал астрономов врасплох».
До и во время эпохи реионизации нейтральный водородный туман, окружавший галактики, блокировал любой излучаемый ими энергичный ультрафиолетовый свет, подобно фильтрующему эффекту цветного стекла. Пока не образовалось достаточно звезд и не стало способным ионизировать водородный газ, никакой такой свет — включая излучение Лаймана-α — не мог вырваться из этих молодых галактик и достичь Земли.
Схема производства, выхода и поглощения Ly-α в JADES-GS-z13-1-LA. Автор: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08779-5
Подтверждение излучения Лаймана-альфа от этой галактики имеет большое значение для нашего понимания ранней Вселенной. «Мы действительно не должны были найти такую галактику, учитывая наше понимание того, как развивалась Вселенная», — сказал соавтор Кевин Хейнлайн из Университета Аризоны.
«Мы могли бы представить себе раннюю Вселенную окутанной густым туманом, сквозь который было бы чрезвычайно трудно обнаружить даже мощные маяки, однако здесь мы видим луч света из этой галактики, пронизывающий завесу».
Источник излучения Лаймана-альфа в этой галактике пока неизвестен, но он может включать в себя первый свет от самого раннего поколения звезд, образовавшихся во Вселенной.
«Большой пузырь ионизированного водорода, окружающий эту галактику, мог быть создан своеобразной популяцией звезд — гораздо более массивных, горячих и ярких, чем звезды, образовавшиеся в более поздние эпохи, и, возможно, представляющих первое поколение звезд», — сказал Витсток, который сейчас работает в Центре Космического Рассвета в Копенгагенском университете. Мощное активное галактическое ядро, приводимое в движение одной из первых сверхмассивных черных дыр, — еще одна возможность, выявленная командой.
Команда планирует дальнейшие наблюдения GS-z13-1, стремясь получить больше информации о природе этой галактики и происхождении ее сильного излучения Лаймана-α. Что бы ни скрывала галактика, она, несомненно, осветит новый рубеж в космологии.
Больше информации: Joris Witstok, Witnessing the onset of reionization through Lyman-α emission at redshift 13, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08779-5. www.nature.com/articles/s41586-025-08779-5
Источник: University of Cambridge
0 комментариев