Телескоп ALMA знайшов у Всесвіті кисень віком 13,3 мільярда років
Астрономи виявили галактику, в якій кисень з'явився через 500 мільйонів років після Великого вибуху, повідомляється в журналі. Це найраніше за шкалою віку Всесвіту виявлення кисню. Крім того, відкрита вченими галактика стала і найбільш далекою галактикою з надійно певною відстанню. Моделі показують, що перші зірки в ній почали формуватися понад 13,5 мільярдів років тому.
Після Великого вибуху у Всесвіті відбувалися складні процеси - спочатку народжувалися кварки, адрони та інші субатомні частинки, а слідом за ними з'являлися перші атоми, які увійшли до складу первинної зоряної речовини. Коли сталася рекомбінація водню і Всесвіт почав охолоджуватися, він занурився в «темні століття». Тоді ще не запалилися перші зірки і не народилися квазари - активні ядра галактик з надмасивною чорною дірою всередині. Ця епоха завершилася «космічним світанком» - виникненням стародавніх галактик, які ми реєструємо сьогодні. Їх пошук важливий для того, щоб визначити, як відбувалася еволюція Всесвіту і основних хімічних елементів.
Міжнародна група астрономів під керівництвом Такуя Хашимото (Takuya Hashimoto) з Університету Саньо в Осаці спостерігала на телескопі ALMA віддалену галактику MACS1149-JD1 і виявила дуже слабке світіння іонізованого кисню. Внаслідок розширення Всесвіту довжина хвилі спочатку інфрачервоного випромінювання за час його подорожі в просторі збільшилася більш, ніж у десять разів. Червоне зміщення джерела (z = 9,1) вказало, що зареєстрований вченими сигнал був випущений 13,3 мільярда років тому, або через всього 500 мільйонів років після Великого Вибуху. Це найбільша відстань, на якій коли-небудь реєструвався кисень, і його присутність показує, що в цій галактиці повинні існувати і більш ранні покоління зірок.
На додачу до випромінювання кисню, зареєстрованого на ALMA, дослідники помітили і більш слабке випромінювання водню за допомогою телескопа VLT. Відстань до галактики, визначена за цими спостереженнями, узгоджується з тим, яке було отримано по лінії кисню. Таким чином, MACS1149-JD1 виявляється найбільш далекою галактикою з надійно певною відстанню, і найбільш далекою галактикою, що коли-небудь спостерігалася на ALMA або VLT.
«Ми бачимо цю галактику в епоху, коли Всесвіту було всього 500 мільйонів років - і виявляється, що в цей час вона вже була населена зрілими зірками», - пояснює Ніколя Лапорт (Nicolas Laporte), другий автор статті. «Тому ми можемо використовувати цю галактику для зондування більш раннього, повністю невідомого періоду космічної історії».
Протягом деякого часу після Великого Вибуху у Всесвіті не було кисню: він з'явився в результаті процесів синтезу в надрах перших зірок, і потім, коли відбувалися спалахи наднових, розсіювався в просторі. Реєстрація кисню в MACS1149-JD1 показує, що всього через 500 мільйонів років після початку Всесвіту ці ранні покоління зірок вже сформувалися і встигли виробити досить багато кисню. Щоб з'ясувати, коли перші світила почали зароджуватися, дослідники реконструювали ранню історію MACS1149-JD1 за інфрачервоними даними, отриманими телескопами «Хаббл» і «Спітцер». Виявилося, що яскравість галактики добре пояснює модель, де початок зіроутворення відноситься до епохи через всього 250 мільйонів років після Великого вибуху. При цьому сьогодні вважається, що «темні століття» настали через 377 тисяч років після народження Всесвіту - тобто слід припускати, що MACS1149-JD1 почала формуватися ще в цей час.
Таким чином, MACS1149-JD1 змушує вчених задатися питанням про те, коли виникли перші галактики. Вік відкритого ними об'єкта вказує на те, що вони існували задовго до тієї епохи, на якій ми здатні зараз їх реєструвати.
У минулому найбільш далекий кисень був виявлений в галактиці, яка народилася через 700 мільйонів років після Великого вибуху, його кількість, згідно з оцінками дослідників, виявилася приблизно в десять разів меншою від спостережуваної кількості кисню в Сонці.