Ученые поражены: кислород обнаружен в самой удаленной из когда-либо найденных галактике

Астрономы полагают, что большой взрыв создал вселенную 13,8 миллиарда лет назад. Необычно большая, светящаяся далекая галактика, получившая название JADES-GS-z14-0, была впервые обнаружена в январе 2024 года с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба, который наблюдает Вселенную в инфракрасном свете, невидимом человеческому глазу. Космическая обсерватория может эффективно заглянуть в прошлое, к началу таинственной эры, называемой космическим рассветом, или в первые несколько сотен миллионов лет после большого взрыва, когда родились первые галактики, поскольку она может наблюдать свет, который в течение миллиардов лет путешествовал через космос к Земле.

Как рассказывает CNN, свету от галактики JADES-GS-z14-0 потребовалось 13,4 миллиарда лет, чтобы достичь нашего уголка Вселенной, поэтому телескоп Уэбба и другие обсерватории, такие как ALMA в пустыне Атакама в Чили, видят галактику такой, какой она была, когда Вселенной было всего около 300 миллионов лет от роду.

Когда астрономы использовали ALMA для продолжения первоначальных наблюдений Уэбба, они были ошеломлены, обнаружив там присутствие кислорода и тяжелых металлов, поскольку их присутствие говорит о том, что галактики формировались быстрее, чем ожидалось на заре существования Вселенной.

Результаты наблюдений были опубликованы в четверг в отдельных исследованиях в журналах Astrophysical Journal и Astronomy & Astrophysics.

“Это все равно, что найти подростка там, где вы ожидали увидеть только младенцев, - комментирует Сандер Шоус, ведущий автор исследования Astrophysical Journal и докторант Лейденской обсерватории Лейденского университета в Нидерландах. – Результаты показывают, что галактика сформировалась очень быстро и также быстро созревает, добавляя все больше доказательств того, что формирование галактик происходит намного быстрее, чем ожидалось”.

Тот факт, что галактика JADES-GS-z14-0 оказалась насыщена тяжелыми элементами, заставляет астрономов задуматься о том, какими на самом деле были некоторые из самых ранних галактик, а также о том, сколько еще они могут обнаружить с помощью телескопа Уэбба и обсерватории ALMA.

Многочисленные аспекты JADES-GS-z14-0, в том числе ее большой размер и яркость, оказались неожиданными. По словам Шоуса, когда телескоп Уэбба обследовал 700 удаленных галактик, эта галактика оказалась третьей по яркости, несмотря на то, что она была самой удаленной. Но ожидается, что самые старые галактики будут меньше и тусклее, потому что в то время Вселенная была намного меньше.

“В целом, галактики на таком раннем этапе развития Вселенной сильно отличаются от известных галактик, которые мы знаем по прекрасным изображениям телескопов Хаббл и Уэбба”, - отмечает Шоусе. “Они намного компактнее, богаты газом и беспорядочны. Условия здесь более экстремальные, потому что многие звезды быстро формируются в небольшом объеме”.

Галактики обычно начинаются с огромных газовых облаков, которые сжимаются и вращаются, заполняя их молодыми звездами, состоящими в основном из легких элементов, таких как гелий и водород, отмечает CNN. По мере эволюции звезд с течением времени они создают более тяжелые элементы, такие как кислород и металлы, которые рассеиваются по всей галактике, когда звезды взрываются в конце своего жизненного цикла. В свою очередь, элементы, высвобождаемые умирающими звездами, приводят к образованию новых звезд, а также планет, которые вращаются вокруг них.

Но в JADES-GS-z14-0 нет ничего, что соответствовало бы этой модели. Вместо этого, по словам авторов исследования, галактика содержит в 10 раз больше тяжелых элементов, чем ожидалось.

“Такие элементы образуются массивными звездами, и большое количество кислорода говорит о том, что несколько поколений массивных звезд уже родились и умерли”, - рассказывает доктор Стефано Карниани, доцент Высшей нормальной школы в Пизе, Италия, и ведущий автор исследования по астрономии и астрофизике. – В заключение, JADES-GS-z14-0 является более зрелой, чем ожидалось, и эти результаты означают, что первое поколение галактик набрало свою массу очень быстро”.

Авторы исследования полагают, что в ранних галактиках, возможно, образовалось больше звезд, причем более массивных, чем ожидалось, что также повлияло бы на яркость галактики в целом.

“Это похоже на горение свечей: у вас могут быть свечи с широким фитилем, которые дают яркое пламя (массивные звезды), или у вас могут быть свечи, которые горят медленно и эффективно (обычные звезды)”, - сказал Шоус. Но, по его словам, необходимы дополнительные наблюдения, чтобы точно понять, что видят исследователи.

По словам Карниани, команда хочет определить, действительно ли галактика и ее быстрая эволюция уникальны, или в ранней Вселенной есть еще подобные, поскольку одного небесного объекта недостаточно для создания новой модели формирования галактик.