Хаббл деталізує ранню галактику, яка трансформує своє оточення

“`html

Астрономи, використовуючи космічний телескоп Хаббл від NASA, виявили те, чого ніколи не очікували — ультрафіолетове випромінювання від галактики, що існувала всього через 1,4 мільярда років після Великого вибуху. Ця галактика містить щільно розташовані молоді зорі, які виробляють іонізуюче світло, здатне перетворювати непрозорий, нейтральний газ усередині та безпосередньо навколо галактики, очищаючи наш огляд. Це свідчить про те, що подібні галактики в ранньому Всесвіті були відповідальні за очищення нейтрального туману водневого газу, який колись заповнював космос.

Стаття, що описує це відкриття, була опублікована 23 червня в The Astrophysical Journal.

Галактика, каталогізована як MXDFz4.4, існувала наприкінці Ери Реіонізації — трансформаційного періоду в історії нашого Всесвіту. Протягом приблизно першого мільярда років існування космосу газ між зорями та галактиками був непрозорим для енергетичного ультрафіолетового випромінювання. З часом газ скрізь став прозорим або іонізованим. Ця зміна відбувалася не миттєво, а, ймовірно, тривала сотні мільйонів років. Дослідники все ще збирають докази, щоб повністю зрозуміти, як це сталося, тому MXDFz4.4 встановлює критичний прецедент.

«Спостереження за галактикою, подібною до цієї, вважалося неможливим», — зазначив провідний автор Іліас Ґуваертс, постдокторант Наукового інституту космічного телескопа (STScI) у Балтиморі. «Дослідники очікували, що ‘туман’ або нейтральний водень, який заповнював ранній Всесвіт, буде надто щільним і затулить наш погляд на його іонізуюче світло. Хаббл не тільки помітив це випромінювання, але й допоміг розкрити неймовірні деталі про характеристики галактики».

Великий «втеча» світла

Молоді, масивні зорі випромінюють ультрафіолетове світло, здатне іонізувати атоми водню. Коли це світло подорожувало понад 12 мільярдів років, щоб досягти Хаббла, космос розширився, а світло розтягнулося або змістилося в червоний бік, перетворившись на видиме. Діапазон довжин хвиль Хаббла в поєднанні з чутливістю та роздільною здатністю його космічної точки спостереження робить його єдиним телескопом, здатним зафіксувати це ультрафіолетове випромінювання з раннього Всесвіту.

«Астрономи виявили багато галактик, що існували в цей момент історії Всесвіту, але ми не виявили іонізуючих фотонів з жодної з них, що робить MXDFz4.4 унікальною», — сказав Марк Рафельскі, співавтор і заступник керівника місії Хаббл у STScI.

Тривалі експозиції Хаббла, отримані з кількох існуючих оглядів, показали, що молоді, масивні зорі галактики є джерелом ультрафіолетового випромінювання, яке очистило навколишній простір. Ці зорі сформувалися спалахами протягом останніх кількох мільйонів років існування MXDFz4.4 і розташовані дуже щільно.

Посилюючи цей ефект скупчення, MXDFz4.4 приблизно в 100 разів менша за площею, ніж наша галактика Чумацький Шлях, але формує зорі в 10 разів швидше.

«Велика кількість молодих, гарячих, масивних зір у невеликому просторі краще пробиває непрозорий газ», — пояснив Ґуваертс. Дослідники оцінюють, що від 50 до 100% енергетичного іонізуючого світла молодих зір виривається з навколишнього газу.

Тривалість життя масивних зір також відіграє роль, оскільки вони живуть лише кілька мільйонів років. Багато з них вибухають як наднових, вивільняючи гігантську кількість енергії та утворюючи колосальні отвори, що дозволяють ще більшій кількості світла вирватися.

Співпраця з іншими обсерваторіями

Хаббл не міг би зробити це самостійно. Ці висновки підтверджуються даними огляду, отриманими космічним телескопом Джеймса Вебба від NASA в ближньому інфрачервоному діапазоні, та MXDF (MUSE eXtremely Deep Field) — галактикою, на честь якої названо об’єкт, що була зафіксована Дуже великим телескопом Європейської південної обсерваторії (VLT) у видимому світлі.

Команда використала дані Вебба для визначення маси галактики, аналізу її старших зір та вимірювання історії зореутворення. Старші зорі галактики менш масивні та холодніші, тому не були відповідальні за зміну навколишнього газу.

Порівняння даних Хаббла та Вебба також показало, що недавнє зореутворення відбувалося спалахами. «Без Вебба, який би пояснив те, що ми побачили на зображеннях Хаббла, ми не могли б зробити ці висновки», — зазначив Рафельскі.

Дані з VLT точно визначили час існування MXDFz4.4: 1,4 мільярда років після Великого вибуху. До цього відкриття дослідники ідентифікували лише одну галактику, що випромінювала іонізуюче світло, з періоду, коли Всесвіту було 1,6 мільярда років. Було виявлено лише кілька додаткових прикладів, і вони існували, коли Всесвіту було приблизно 2 мільярди років. MXDFz4.4 наближає дослідників до остаточних висновків про те, як розгорталася Ера Реіонізації.

Розширення наших знань

Вивчення Ери Реіонізації — це багаторічна справа. Дослідники використовують статистику щодо зоряних популяцій у сусідніх галактиках, які ми можемо спостерігати детально, щоб робити обґрунтовані припущення про те, що могло відбуватися в галактиках раннього Всесвіту. Це частково пов’язано з тим, що їхні зоряні популяції занадто віддалені, щоб їх можна було розрізнити в деталях.

У 2023 році дослідники, використовуючи дані Вебба, показали, що зорі галактик випромінювали достатньо світла, щоб нагріти та іонізувати газ навколо них через 900 мільйонів років після Великого вибуху. Це було проривом, але астрономам потрібні галактики, подібні до MXDFz4.4, щоб повністю пояснити, як відбувався процес. Це показує, як високоенергетичне світло від молодих зір змогло вирватися з газу та пилу всередині самої галактики.

Цілком можливо, що інші галактики, подібні до MXDFz4.4, ще чекають на своє відкриття.

«Спостереження Хаббла за MXDFz4.4 дозволяють нам набагато ближче до Ери Реіонізації, ніж будь-коли раніше, перевіряти наші гіпотези», — зазначив Рафельскі. «Виявлення більшої кількості галактик, особливо в трохи пізніші космічні часи, коли доступні більші вибірки, дозволить нам уточнити ці вимірювання та з’ясувати, що очистило наш огляд наприкінці цієї ери».

Космічний телескоп Хаббл працює вже понад три десятиліття і продовжує робити революційні відкриття, що формують наше фундаментальне розуміння Всесвіту. Хаббл є проєктом міжнародного співробітництва між NASA та ESA (Європейське космічне агентство). Центр космічних польотів імені Годдарда NASA в Ґрінбелті, штат Меріленд, керує телескопом і операціями місії. Lockheed Martin Space, що базується в Денвері, також підтримує операції місії в Ґоддарді. Науковими операціями Хаббла для NASA керує Науковий інститут космічного телескопа у Балтиморі, який управляється Асоціацією університетів з дослідження астрономії.

“`

Подробиці можна знайти на сайті: science.nasa.gov