Космический рассвет произошел через 250–350 миллионов лет после Большого взрыва

Исследование, проведенное учеными из Университетского колледжа Лондона (UCL) и Кембриджского университета, опубликованное в Monthly Notices Королевского астрономического общества, предполагает, что космический телескоп НАСА Джеймса Уэбба (JWST), запуск которого запланирован на ноябрь, будет достаточно чувствительным, чтобы напрямую наблюдать за рождением галактик.

Исследовательская группа под руководством Великобритании изучила шесть самых далеких галактик, известных сейчас, свет которых достигал нас на протяжении большей части жизни Вселенной. Они обнаружили, что расстояние этих галактик от Земли соответствовало времени «взгляда назад» более чем на 13 миллиардов лет, когда Вселенной было всего 550 миллионов лет.

Анализируя изображения с космических телескопов Хаббл и Спитцер, исследователи подсчитали, что возраст галактик составляет от 200 до 300 миллионов лет, что позволяет оценить, когда впервые образовались их звезды.

Ведущий автор доктор Николас Ляпорт (Кембриджский университет), сказал: «Теоретики предполагают, что Вселенная была темным местом в течение первых нескольких сотен миллионов лет, до образования первых звезд и галактик. Засвидетельствовать момент, когда Вселенная впервые залилась звездным светом, - это главный квест в астрономии. Наши наблюдения показывают, что космический рассвет произошел между 250 и 350 миллионами лет после возникновения Вселенной, и в это время образовались галактики, которые мы изучали, и были достаточно яркими, чтобы их можно было увидеть с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба».

Исследователи проанализировали звездный свет от галактик, зарегистрированный космическими телескопами Хаббл и Спитцер, изучив маркер в их распределении энергии, указывающий на присутствие атомарного водорода в звездных атмосферах. Это дает оценку возраста содержащихся в них звезд.

Водородная сигнатура усиливается с возрастом звездного населения, но уменьшается, когда возраст галактики превышает миллиард лет. Зависимость от возраста возникает из-за того, что более массивные звезды, которые вносят вклад в этот сигнал, быстрее сжигают ядерное топливо и поэтому умирают первыми.

Соавтор, доктор Ромен Мейер (UCL Физики и астрономии и Институт астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия) сказал: «Этот индикатор возраста используется для датировки звезд в нашем районе Млечного Пути, но его также можно использовать для датирования чрезвычайно далеких галактик, наблюдаемых в очень ранний период существования Вселенной. Используя этот индикатор, мы можем сделать вывод, что даже в ранние времена нашим галактикам от 200 до 300 миллионов лет».

Анализируя данные Хаббла и Спитцера, исследователям нужно было оценить «красное смещение» каждой галактики, которое указывает на их космологическое расстояние и время ретроспективного обзора, на котором они наблюдаются. Для этого они провели спектроскопические измерения, используя полный арсенал мощных наземных телескопов - чилийскую Атакамскую большую решётку миллиметрового диапазона (ALMA), Европейский Очень большой телескоп, двойные телескопы Кека на Гавайях и телескоп Gemini-South.

Эти измерения позволили команде подтвердить, что наблюдение за галактиками соответствовало тому, чтобы оглянуться назад в то время, когда Вселенной было 550 миллионов лет.

Соавтор, профессор Ричард Эллис (UCL Физики и астрономии), который отслеживал все более далекие галактики на протяжении своей карьеры, сказал: «За последнее десятилетие астрономы отодвинули границы того, что мы можем наблюдать, до того времени, когда Вселенная была всего 4% от нынешнего возраста. Но из-за ограниченной прозрачности атмосферы Земли и возможностей космических телескопов Хаббла и Спитцера мы достигли своего предела. Теперь мы с нетерпением ожидаем запуска космического телескопа Джеймса Уэбба, который способен непосредственно засвидетельствовать космический рассвет. Стремление увидеть этот важный момент в истории Вселенной было святым Граалем в астрономии на протяжении десятилетий. Поскольку мы сделаны из материала, обработанного в звездах, это в некотором смысле поиск нашего собственного происхождения».

Космический телескоп Джеймса Уэбба под руководством НАСА, преемник обсерватории Хаббла, планируется запустить в космос в ноябре. В течение следующего десятилетия это будет ведущая обсерватория, обслуживающая тысячи астрономов по всему миру. Он состоит из инфракрасной обсерватории, огромного зеркала шириной 6,5 метра и солнцезащитного козырька в форме ромба.