У ранньому Всесвіті існувало багато кисню, повідомляє JWST – Physics World

У ранньому Всесвіті існувало багато кисню, повідомляє JWST – Physics World

Мітка часу: 6 грудня 2023 р., 11:59

NIRSpec
Передовий край: NIRSpec готується до запуску JWST. (Надано: Astrium/NIRSpec)

Використовуючи найсучасніший спектрограф на космічному телескопі Джеймса Вебба (JWST), астрономи знайшли докази того, що міжзоряний кисень був набагато більш поширений у багатьох стародавніх галактиках, ніж вважалося раніше. На чолі з Кіміхіко Накадзіма в Національній астрономічній обсерваторії Японії команда сподівається, що їхні спостереження можуть покращити наше розуміння раннього Всесвіту.

Великий вибух створив ранній Всесвіт, який складався з водню та гелію з невеликою часткою літію – і ця речовина об’єдналася, щоб утворити перші зірки та галактики. Більш важкі елементи, такі як кисень, потім були створені ядерним синтезом у ядрах цих зірок. Коли зірки вибухали як наднові, важкі елементи розсіювалися по цілих галактиках, назавжди змінюючи хімічний склад космосу.

«Металічність у газовій фазі» — це параметр спостереження, який описує велику кількість цих важких елементів у галактиках (астрономи використовують термін метал для всіх елементів, важчих за гелій). Його значення має вирішальне значення для розуміння еволюційної історії галактики, а також для передбачення того, коли можуть почати з’являтися складні молекули – можливі будівельні блоки життя.

Надійний датчик

Надійним показником газофазної металічності галактики є велика кількість іонізованого кисню в її міжзоряному середовищі. Цю кількість можна визначити, спостерігаючи за характерним світлом, випромінюваним киснем. Однак цей підхід має свої межі при спостереженні дуже раннього Всесвіту.

«Попередні спостереження вже показали наявність великої кількості кисню в галактиках приблизно через два мільярди років після Великого вибуху», — пояснює Накадзіма. «Однак на світло від галактик, які існували ще далі в часі, значно впливає розширення Всесвіту, змушуючи його зміщуватися в ближній інфрачервоний діапазон».

Тепер Накадзіма та його колеги спостерігали це червоне зміщене світло за допомогою JWST Близький інфрачервоний спектрограф (NIRSpec) – і це дозволило їм зробити прорив у вимірюванні металевості газової фази стародавніх галактик.

Проривні спостереження

«Ми ідентифікували 138 стародавніх галактик, які існували більше 12 мільярдів років тому, і визначили вміст кисню в них, рівень аналізу, який був майже неможливим до запуску JWST», — захоплюється Накадзіма. «Ми розробили та ретельно застосовували передові методи аналізу даних NIRSpec, проводячи аналізи в масштабі, який у кілька разів перевищує попередні дослідження».

Їхні результати показують, що у всіх, крім кількох найстаріших галактик, які спостерігав NIRSpec, склад міжзоряного середовища був напрочуд знайомим. «Більшість галактик мали вміст кисню, подібний до сучасних галактик», — каже Накадзіма. Проте шість найдавніших галактик, які існували, коли Всесвіту було лише 500–700 мільйонів років, мали набагато менше кисню, ніж сучасні галактики.

Завдяки цьому відкриттю команда могла більш точно визначити, коли почав змінюватися елементний склад Всесвіту. «Результати демонструють швидке і різке збільшення надлишку кисню в галактиках протягом перших 500-700 мільйонів років після народження Всесвіту», — говорить Накадзіма. «Це відкриття може свідчити про те, що завдяки таким необхідним інгредієнтам, як кисень, які вже були легко доступні в ранньому Всесвіті, життя могло з’явитися раніше, ніж вважалося раніше».

Команда припускає, що ця раптова зміна могла бути спричинена відмінностями в природі утворення зірок у ранньому Всесвіті, а також матеріалом, що тече в галактики та витікає з них. Завдяки подальшим спостереженням за допомогою NIRSpec у поєднанні з більш глибокими статистичними розрахунками вони тепер прагнуть побудувати більш надійну теорію у своїй майбутній роботі.

Спостереження описані в Серія додатків до журналу Astrophysical Journal.

Часова мітка:

Більше від Світ фізики