Коли астрономи спостерігають далекі об’єкти на зоряному небі, вони бачать, який вигляд мав Всесвіт у давнину.

Оскільки швидкість світла скінченна, вивчення найдальших видимих галактик дає змогу астрономам зазирнути на мільярди років у минуле, коли Всесвіт був дуже молодим, а галактики тільки почали формувати зорі. Вивчення цього «раннього Всесвіту» — один з передових рубежів в астрономії. Воно має важливе значення для побудови точних і послідовних космологічних моделей будови й еволюції нашого світу. Головна мета вчених — виявити всі галактики в перші мільярди років космічної історії та виміряти швидкість зростання галактик завдяки утворенню нових зір.

Протягом останніх десятиліть зроблено різні зусилля зі спостережень далеких галактик для яких є характерним зміщення електромагнітного випромінювання в червону ділянку спектра (спектральні лінії зміщуються в бік більших довжин хвиль). Досі знання астрономів про ранні галактики переважно спиралися на спостереження, виконані за допомогою Космічного телескопа імені Габбла (Hubble Space Telescope, HST) та великих наземних телескопів, що дають змогу досліджують ультрафіолетове (УФ) випромінювання таких галактик. Однак останнім часом астрономи почали використовувати унікальні можливості Великої міліметрової/субміліметрової антени Атакама (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA) для вивчення далеких галактик на субміліметрових довжинах хвиль. Це є особливо важливим для виявлення запилених галактик, пропущених в оглядах HST через пил, що поглинає ультрафіолетове випромінювання. Оскільки ALMA спостерігає на довжинах хвиль субміліметрового діапазону, вона може виявляти ці галактики, реєструючи натомість випромінювання цього пилу.

Нині астрономи в рамках виконання масштабної програми під назвою REBELS (Reionization-Era Bright Emission Line Survey — Огляд яскравих емісійних лінії ери реіонізації) за допомогою ALMA реєструють випромінювання (емісію) 40 галактик-мішеней епохи космічного світанку (cosmic dawn). На підставі отриманого набору даних, вони нещодавно виявили, що простір навколо деяких із цих галактик містить більше об’єктів, ніж здається на перший погляд.

Аналізуючи дані спостережень двох галактик з огляду REBELS, доктор Йосінобу Фудамото (Yoshinobu Fudamoto) з Науково-дослідного інституту науки та техніки Васедівського університету (Японія) та Національної астрономічної обсерваторії Японії (National Astronomical Observatory of Japan, NAOJ), помітив сильне випромінювання пилу та одинично іонізованого вуглецю з ділянок космічного простору, що лежать далеко від початкових цілей спостережень. На його подив, навіть високочутливе обладнання, зокрема HST, не дало змоги виявити жодного УФ випромінювання з цих ділянок. Щоб зрозуміти загадкові сигнали, Фудамото та його колеги продовжили дослідження цього питання.

У своїй останній статті, опублікованій в Nature, вони виклали результати ретельного аналізу, який показав: несподівані емісії надходять від двох раніше невідомих галактик, розташованих поблизу двох початкових цілей REBELS. Ці галактики не видно в УФ-променях або у видимих ​​довжинах хвиль, бо вони майже повністю закриті космічним пилом. Одна з них є найдальшою галактикою, які затьмарює пил, з усіх досі відкритих.

Зображення далеких галактик, які отримано за допомогою ALMA, Космічного телескопа імені Габбла та телескопа VISTA Європейської південної обсерваторії. Зелений та помаранчевий кольори позначають відповідно випромінювання від іонізованих атомів вуглецю та частинок пилу, зареєстроване за допомогою ALMA, а синій — ближнє інфрачервоне випромінювання, яке спостерігали за допомогою телескопів VISTA та HST. У галактик REBELS-12 та REBELS-29 виявлено як ближнє інфрачервоне випромінювання, так і випромінювання від іонізованих атомів вуглецю та пилу. Натомість, REBELS-12-2 та REBELS-29-2 не були виявлені у близькому інфрачервоному діапазоні. Це вказує на те, що ці галактики глибоко занурені в пил. Фото з сайту https://phys.org.

Це відкриття найбільше дивує тим, що виявлені галактики, які утворилися понад 13 мільярдів років тому, зовсім не дивні, якщо порівнювати їх з типовими галактиками тієї ж епохи. «Ці галактики не помічали раніше не тому, що вони надзвичайно рідкісні, а лише тому, що вони повністю закриті пилом», — пояснив Фудамото. Однак такі «запилені» галактики не часто трапляються в ранньому Всесвіті (менш ніж через 1 мільярд років після Великого Вибуху). Це свідчить про те, що нинішні огляди епохи раннього утворення галактик, імовірно, неповні й потрібно виконати нові, більш якісніші, огляди галактик в цей період існування Всесвіту. «Цілком можливо, що ми досі не бачимо щонайменше одну з кожних п’яти галактик у ранньому Всесвіті», — додав Фудамото.

Дослідники очікують, що безпрецедентні можливості космічного телескопа Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope, JWST) та його тісна взаємодія з ALMA дозволять отримати значні успіхи у цій галузі в найближчі роки. «Завершення нашого перепису ранніх галактик з відсутніми натепер затьмареними пилом галактиками, схожими на ті, які ми знайшли цього разу, буде однією з основних цілей оглядів JWST та ALMA найближчим часом», — сказав Паскаль Еш (Pascal Oesch) з Женевського університету.

Астрономи випадково виявили дві галактики, затьмарені пилом, які утворилися, коли Всесвіту було лише 5% від нинішнього віку. Фото з сайту https://phys.org.

В цілому, результати нового дослідження є важливим кроком у розумінні тієї епохи розвитку Всесвіту, коли в ньому почали формуватися перші галактики. Вони також допоможуть нам краще зрозуміти теперішню будову Всесвіту.

За інф. з сайту https://phys.org