Астрономи виявили величезний резервуар холодного молекулярного газу, основної речовини для утворення зір, у REBELS-25, масивній галактиці, де відбувається зореутворення. Група дослідників з Лейденського університету зосередила увагу на REBELS-25, яку спостерігали, коли Всесвіту було лише близько 700 мільйонів років, що становить близько 5 % від його сучасного віку. Результати дослідження опубліковано в журналі Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Астрономи використовують термін «червоне зміщення» для позначення відстані до небесного об’єкта, світло якого через розширення Всесвіту змістилось до червоної ділянки електромагнітного спектра. Що більше червоне зміщення, то більш ранній Всесвіт ми спостерігаємо. Червоне зміщення z REBELS-25 становить 7,3. Це відповідає періоду розвитку Всесвіту, який астрономи називають епохою реіонізації. Протягом цієї ери перші зорі та галактики перетворили темний, нейтральний Всесвіт на Всесвіт, який ми бачимо навколо нас нині.
Галактики ростуть, перетворюючи газ на зорі, а холодний молекулярний газ є основним паливом. Досі астрономи підозрювали, що ранні яскраві, масивні галактики мали величезні запаси газу, але ніхто прямо не виявляв їх на таких відстанях.
Науковці використовували Дуже велику антену (Very Large Array, VLA) Національного наукового фонду (National Science Foundation, NSF) США, радіотелескоп в окрузі Сокорро, штат Нью-Мексико, а також дані з Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) в Чилійських Андах. За допомогою VLA дослідники шукали слабке радіовипромінювання від молекул чадного газу (CO), які випромінюють на певних частотах, що дає змогу відстежувати космічний молекулярний газ.
Зображення галактики REBELS-25, отримане за допомогою Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA). Авторські права на зображення: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/ L. Rowland et al. Фото з сайту https://phys.org.
Спостереження на VLA виявили випромінювання від специфічної лінії CO, що вказує на холодний газ. Це є найвіддаленішим на сьогодні виявленням низькоенергетичного CO у Всесвіті. Сила сигналу свідчить про те, що REBELS-25 мала дуже великий запас матеріалу для зореутворення вже тоді, коли Всесвіт був дуже молодим. Дані від ALMA щодо високоенергетичного CO у поєднанні з результатами від VLA дали змогу встановити межі значень густини і температури газу в умовах раннього Всесвіту.
Виявлення слабких низькоенергетичних ліній CO на такому далекому етапі космічної історії є складним завданням. Космічний мікрохвильовий фон (cosmic microwave background, CMB), тобто реліктове випромінювання, що виникло невдовзі після Великого Вибуху, є фоном, на якому треба реєструвати такі лінії. Хоча цей ефект наявний у всі космічні епохи, CMB значно яскравіший на високих червоних зміщеннях. Це зменшує контрастність випромінювання холодного газу та ускладнює такі спостереження. Оскільки вплив CMB залежить від фізичних умов у галактиці, астрономи не були впевнені в тому, якими будуть прояви холодного молекулярного газу в найдавніших зоряних системах.
«Наші результати показують, що галактики лише через 700 мільйонів років після Великого Вибуху вже містили великі резервуари холодного газу, доступного для зореутворення», — сказала Карін Сескон (Karin Cescon), доктор філософії Лейденського університету та перший автор дослідження. «Завдяки глибоким спостереженням на NSF VLA ми змогли подолати спостережні труднощі, спричинені реліктовим випромінюванням». Це показує, що за допомогою правильних телескопів астрономи можуть бачити холодний молекулярний газ в епоху реіонізації.
Нові результати дають важливе розуміння того, як перші галактики наскільки швидко стали такими масивними після Великого Вибуху. Виявивши саме паливо, що забезпечує зореутворення, астрономи тепер можуть вимірювати газ, котрий зумовлює це швидке зростання, а не робити опосередкованих висновків про це. Велика маса газу в REBELS-25 вказує на те, що деякі ранні галактики вже були готові до інтенсивного зореутворення. Це є важливим кроком для розуміння масового формування зір у перший мільярд років існування Всесвіту.
Цей успіх передвіщає створення Дуже великої антени наступного покоління (Next-Generation Very Large Array, ngVLA) — запланованого телескопа Національної радіоастрономічної обсерваторії, антени якого будуть розташовані на всій території Нью-Мексико, Західного Техасу, східної Аризони, північної Мексики та по всій Північній Америці. Радіотелескоп ngVLA дасть змогу робити такі вимірювання вдесятеро швидше, що уможливить виявлення набагато більших зразків ранніх галактик. Астрономи зможуть вийти за рамки окремих тематичних досліджень.
Тим часом як REBELS-25 може бути лише «верхівкою айсберга», ngVLA вивчатиме слабші та віддаленіші системи. У поєднанні з ALMA він зможе виявити, як галактики накопичували паливо та зростали під час Космічного світанку.
«Це виявлення, зроблене за допомогою NSF VLA, — захопливий попередній перегляд того, що можна буде вивчати з ngVLA», — зазначила науковий керівник докторської роботи Карін Сескон, професор Жаклін Годж (Jacqueline Hodge). «NgVLA дозволить нам знаходити та вивчати холодний газ у багатьох молодих галактиках, зокрема в тих, що існували ще раніше. Це матиме вирішальне значення для розуміння того, як формувалися та росли перші галактики».
За інф. з сайту https://phys.org
