Раньше только самые яркие и активные галактики могли пробить заслоняющую стену космической пыли. Наконец-то прорываются нормальные галактики.
Ключевые выводы
- В очень ранней Вселенной заслоняющая свет пыль заслоняла от наблюдения все галактики, кроме самых ярких.
- Используя наблюдения ALMA и Spitzer, за этой космической завесой были обнаружены две беспрецедентные, "нормальные" галактики.
- Их открытие предполагает, что 10-25% всего раннего звездообразования происходило в этих нормальных галактиках, что может подтвердить Джеймс Уэбб.
В ранние дни существования Вселенной звездный свет вообще не мог распространяться очень далеко.
Первые звезды во Вселенной будут окружены нейтральными атомами (в основном) газообразного водорода, который поглощает звездный свет. По мере того, как впоследствии формируются новые поколения звезд, Вселенная становится реионизированной, что позволяет нам полностью видеть звездный свет и исследовать основные свойства наблюдаемых объектов.
После Большого взрыва Вселенная сформировала нейтральные атомы, создав проблему.
Впечатление художника об окружающей среде в ранней Вселенной после того, как первые несколько триллионов звезд сформировались, жили и умирали. Хотя в ранней Вселенной есть источники света, свет очень быстро поглощается межзвездной/межгалактической материей, пока не завершится реионизация.)
Хотя они самогравитируют, образуя звезды и галактики, между этими светящимися сущностями также существуют атомы.
Хотя Млечный Путь полон звезд, эта карта звездной плотности неба, построенная на основе данных космической миссии ESA Gaia, точна только в той мере, в какой видимый свет дает нам точную информацию. Ультрафиолетовый и видимый свет, излучаемый звездами Млечного Пути, затемняется блокирующей свет пылью в нашей галактике, поэтому для их обнаружения требуются более длинные волны. Пыль может блокировать ультрафиолетовый и видимый свет во всех красных смещениях и местах во Вселенной.
Большинство излучаемого звездным светом - это энергичный ультрафиолетовый свет: он легко поглощается этими нейтральными атомами.
Галактики, сравнимые с современным Млечным Путем, многочисленны, но более молодые галактики, подобные Млечному Пути, по своей природе меньше, голубее и в целом богаче газом, чем галактики, которые мы видим сегодня. Для первых галактик это доведено до крайности, и с их присутствием за «стеной» космической пыли большинство из них остаются скрытыми даже с помощью технологии уровня 2021 г., С. Патель (Лейденский университет), и команда 3-D-HST)
Только достаточное количество ультрафиолетовых фотонов в совокупности может полностью реионизировать эти межгалактические атомы.
Пока это не так, Вселенная живет в «тёмных веках», где излучаемый звёздный свет поглощается до того, как становится видимым.
Это схематическое изображение истории Вселенной подчеркивает темные века, которые начинаются с момента образования нейтральных атомов и продолжаются до конца реионизации, которая происходит повсеместно, в среднем через 550 миллионов лет после Большого взрыва. В промежуточные времена существуют ранние звезды и галактики, но их трудно увидеть из-за блокирующего свет присутствия нейтральных атомов.
Раньше были замечены только самые яркие галактики, расположенные на наиболее случайно реионизированных лучах зрения.
Только потому, что эта далекая галактика GN-z11 находится в области, где межгалактическая среда в основном реионизирована, Хаббл может открыть ее нам в настоящее время. Чтобы увидеть дальше, нам нужна лучшая обсерватория, оптимизированная для таких видов обнаружения, чем Хаббл и А. Фейлд (STScI))
Сюда входит текущий космический рекордсмен: GN-z11.
Эта область глубокого поля поля ТОВАРЫ-Юг содержит 18 галактик, формирующих звезды так быстро, что количество звезд внутри удвоится всего за 10 миллионов лет: всего 0,1% времени жизни Вселенной. Самые глубокие виды Вселенной, обнаруженные Хабблом, также содержат множество самых далеких и экстремальных галактик, когда-либо виденных, особенно если они находятся рядом с другой большой массой, которая может усиливать их свет из-за гравитационного линзирования., H. Ferguson и A. Koekemoer (Научный институт космического телескопа) и команда CANDELS)
Но самые яркие ранние галактики сами по себе не могут объяснить все фотоны, которые нам нужны.
В самые ранние времена свет звезд от первых светящихся объектов блокировался нейтральной материей, пронизывающей пространство в то время. Но измеряя более длинноволновые сигнатуры, такие как те, которые излучаются молекулами окиси углерода в газе, другие обсерватории, такие как ALMA, могут видеть далекие галактики, которые в противном случае пропустили бы ультрафиолетовые, оптические и ближние инфракрасные обсерватории; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO))
Должны быть дополнительные ранние галактики, еще невидимые, способствовавшие процессу реионизации.
На этом сравнительном изображении данные Хаббла показаны фиолетовым цветом, а данные ALMA, показывающие пыль и холодный газ (которые сами по себе указывают на потенциал звездообразования), наложены оранжевым цветом. Ясно, что ALMA показывает не только особенности и детали, которые Хаббл не может увидеть, но иногда он показывает присутствие объектов, которые Хаббл вообще не может видеть. АЛМА (ESO/NAOJ/NRAO); НАСА/ЕКА Хаббл)
ALMA, Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка, может обнаруживать более длинноволновые фотоны за пределами возможностей Хаббла.
Различные инструменты могут раскрывать различные детали любого астрономического объекта в зависимости от длины волны и разрешения. ALMA, благодаря своим уникальным возможностям высокого разрешения, может видеть детали нового звездообразования и очень холодный газ лучше, чем любая другая обсерватория.
Объединение ALMA с инфракрасными данными Spitzer выявило первые нормальные галактики до реионизации.
Эти две недавно открытые галактики, REBELS-29-2 и REBELS-12-2, находятся за стеной космической пыли, которая делает все, кроме самых ярких, невидимыми для телескопов типа Хаббла. Однако обсерватории среднего и дальнего инфракрасного диапазона или обсерватории, работающие на более длинных волнах, такие как ALMA, все же могут обнаружить их, даже если они не очень яркие или массивные. Это две самые слабые и маленькие галактики, которые когда-либо наблюдались на таких расстояниях.
Известные как REBELS-29-2 и REBELS-12-2, они являются первыми «менее экстремальными» галактиками, обнаруженными до завершения реионизации.
Галактики до реионизации REBELS-29-2 и REBELS-12-2 представляют собой галактики с наименьшей массой и самой низкой светимостью, которые когда-либо наблюдались при красном смещении ~7 или выше. Это возможно только благодаря комбинации таких обсерваторий, как Spitzer и ALMA, которые были недоступны несколько лет назад. Джеймс Уэбб из НАСА должен найти еще много галактик, подобных этой.
Вместе эти ранее невидимые галактики должны давать 10-25% необходимого раннего звездного света.
Хотя звездообразование во Вселенной должно достичь своего пика значительно позже, между красным смещением 2 и 3, ранние звезды и галактики играют жизненно важную роль в реионизации Вселенной. Эти маломассивные галактики, видимые сейчас впервые, дают от 10 до 25% необходимого ультрафиолетового ионизирующего излучения.
Новые возможности Джеймса Уэбба, наконец, в изобилии откроют и охарактеризуют эти самые ранние галактики.
Джеймс Уэбб будет иметь в семь раз большую светосилу, чем Хаббл, но сможет видеть гораздо дальше в инфракрасной части спектра, открывая те галактики, которые существовали даже раньше, чем то, что когда-либо мог увидеть Хаббл.. Популяции галактик, наблюдаемые до эпохи реионизации, должны быть в изобилии обнаружены Джеймсом Уэббом, в том числе при малых массах и низкой светимости, начиная с 2022 года.
Mostly Mute Monday рассказывает астрономическую историю с помощью изображений, визуальных эффектов и не более 200 слов. Меньше болтай; улыбайся больше.