Телескоп James Webb показал, что галактики ранней Вселенной гораздо ярче, чем предсказывали любые модели. Новое исследование предлагает ответ, и причина может крыться в особых свойствах пыли, образовавшейся после взрывов массивных звезд.
Ярче, чем прогнозы
Когда телескоп James Webb направили на самые древние участки Вселенной, астрономы ожидали увидеть тусклые галактики, покрытые пылевыми облаками. Вместо этого они обнаружили объекты, которые существовали менее чем через 550 млн лет после Большого взрыва и излучали ультрафиолетовый свет значительно интенсивнее, чем предполагалось.
Дело в том, что пылевые облака внутри галактик поглощают ультрафиолет — это явление астрономы называют ослаблением. Если этот фильтр не работает, галактика становится значительно ярче для постороннего наблюдателя. Среди возможных объяснений появилось несколько версий — от бурного звездообразования до скрытых черных дыр. Однако наибольшее внимание привлекла именно гипотеза о необычных свойствах пыли.
Не задерживает свет
В зрелых галактиках пыль накапливается постепенно: мелкие частицы в течение миллиардов лет присоединяют к себе металлы из окружающего газа. В молодых галактиках ранней Вселенной для такого процесса просто не хватало времени.
Когда взрывная волна проходит обратно через выброшенное вещество, она разрушает мельчайшие частицы. Выживают только более крупные пылевые зерна, и именно они почти не поглощают ультрафиолетовое излучение.
Ответ — в структуре пыли
Исследователи во главе с Дени Бургарелой из Марсельской астрофизической лаборатории разработали модель, учитывающую оптические свойства космической пыли от сверхновых, ее зависимость от содержания металлов в галактике, а также пространственное расположение облаков и звезд. Ключевая деталь — пористая геометрия: частицы не образуют сплошного экрана, а распределяются неравномерно, оставляя «окна», через которые ультрафиолет беспрепятственно вырывается наружу.
Модель воспроизвела данные James Webb без каких-либо экзотических допущений. Она также объяснила существование галактик с чрезвычайно низким ослаблением пыли GELDA (Galaxies with Extremely Low Dust Attenuation). Эти объекты богаты газом, но почти прозрачны для ультрафиолета. Предыдущая версия о том, что взрывами пыль просто «выдуло» из галактик, не выдерживала критики — ведь вместе с ней должен был исчезнуть и газ, а его там более 90 %.
След первого поколения звезд
Отдельно исследователи обратили внимание на галактики с наименьшим содержанием металлов в своей выборке. Пыль в них может быть прямым наследием Популяции III — первого поколения звезд во Вселенной, сформировавшегося из чистого водорода и гелия еще до появления тяжелых элементов. Ни одну такую звезду до сих пор не наблюдали непосредственно.
Химическая сигнатура их сверхновых в виде крупных, слабопоглощающих зерен пыли, по мнению авторов, может быть зафиксирована в свойствах ослабления, содержании металлов и инфракрасном излучении этих галактик. Авторы отмечают, что результаты требуют уточнения — свойства пыли от сверхновых в ранней Вселенной еще недостаточно изучены. Дальнейшие наблюдения с помощью James Webb и радиотелескопа ALMA должны помочь выяснить детали.
Источник: phys.org
