С помощью космического телескопа Джеймса Уэбба астрономы обнаружили, что всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва галактики уже выбрасывали тяжелые элементы в окружающую среду. Это означает, что ранняя Вселенная была не такой чистой и нетронутой, как считалось ранее, что потенциально может повлиять на наши теории космической эволюции. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Вскоре после зарождения Вселенная была заполнена самым лёгким элементом — водородом — и небольшим количеством гелия. Таким образом, первые звёзды образовались из этих элементов, но по мере старения эти звёзды стали содержать более тяжёлые элементы, которые астрономы в совокупности называют «металлами». Эти металлы рассеивались, когда эти первые звёзды, или звёзды POP III, взрывались в конце своей жизни. Это означало, что следующие поколения звёзд, звёзды POP II и POP I, постепенно становились всё более облагораживающимися металлами.
Это всем было известно, но новые исследования, проведенные с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), предполагают, что этот процесс произошел раньше, чем считалось ранее. Это означает, что газ, окружающий галактики, был богаче металлами, такими как кислород и углерод, когда Вселенная была всего лишь на 3% старше своего нынешнего возраста.
«Если вы начинаете с чистого ванильного мороженого, но вскоре начинаете добавлять в него посыпку, то очень скоро вы больше не сможете найти чистое, простое ванильное мороженое», — заявил руководитель группы Йонгда Чжу из Университета Аризоны. «Мы обнаружили, что тяжелые элементы покидали галактики на очень ранних этапах космического времени. Галактики не только производили эти элементы, но и рассеивали их, возможно, закладывая основы для других галактик».
Чтобы лучше понять состав раннего космоса, Чжу и его коллеги использовали данные телескопа JWST для наблюдения за тремя галактиками, которые выглядят так, как примерно 13,3 миллиарда лет назад. Это соответствует важной точке в эволюции Вселенной, называемой Эпохой реионизации.
В то время свет от первых звёзд отрывал электроны от водородного газа между ними — процесс, называемый ионизацией. Это позволило свету легче распространяться по космосу, положив конец так называемым космическим тёмным векам.
«Мы использовали сами галактики в качестве источников фонового света», — сказал Чжу. «Когда свет от галактик двигался к Земле, он проходил через окружающий газ, и мы смогли изучить закономерности поглощения света, чтобы обнаружить определенные элементы».
Это возможно, потому что элементы поглощают и излучают свет на характерных длинах волн , то есть, когда звездный свет проходит через межзвездные облака, элементы внутри этих облаков оставляют в этом свете отчетливые следы.
Наблюдения выявили поток газа, содержащего кислород, углерод, кремний и другие металлы, из этих ранних галактик в межгалактическое пространство.
Химический состав этого газа оказался гораздо больше похож на состав современных галактик, чем ожидалось. Это означает, что ранние галактики уже тогда выбрасывали металлы в космос.
«Представьте себе эти элементы, которые произошли от звезд галактик, как пищевой краситель, добавленный в стакан воды», — сказал Чжу. «Цвет начинает распространяться по воде, и аналогичным образом эти тяжелые элементы из ранних галактик начали улетучиваться в космос и «обогащать» окружающую среду».
Это открытие может объяснить, почему астрономам до сих пор было трудно найти звезды типа POP III. Они искали признаки звездного света, освещающего первозданный водородный газ, но этот газ исчез гораздо раньше, чем они предполагали.
