В течение сотен миллионов лет после Большого взрыва межгалактическое пространство было заполнено нейтральным водородом. Этот газ блокировал свет, делая Вселенную непрозрачной. Постепенное рассеивание тумана — процесс, который ученые изучают до сих пор. Неожиданное наблюдение галактики MXDFz4.4 дает новый ключ к пониманию этого периода.

 Изображение: Live Science

MXDFz4.4 находится на предельном расстоянии: мы видим ее такой, какой она была через 250 миллионов лет после Эпохи реионизации. Астрономы зарегистрировали от нее ионизирующие ультрафиолетовые фотоны — излучение, способное отрывать электроны от атомов водорода. Ни одна другая галактика из столь раннего периода истории Вселенной ранее не давала обнаруживаемого сигнала такого типа. При этом свету приходится преодолевать огромную толщу межгалактической среды, что делает наблюдение еще более примечательным.

Почему эту галактику удалось разглядеть, хотя другие объекты той эпохи не дают обнаруживаемого ионизирующего света? Все дело в сочетании двух факторов. MXDFz4.4 примерно в сто раз меньше Млечного Пути по площади, но звезды в ней рождаются в десять раз быстрее. Множество массивных молодых звезд сконцентрированы в компактном объеме. Этот эффект скученности позволяет излучению прокладывать четкие каналы сквозь окружающий газ. По оценкам специалистов, от половины до всего ионизирующего света галактики выходит наружу.

Открытие произошло не в результате плановых наблюдений. Ученый готовил заявку на финансирование по другой теме и за несколько дней до срока решил проверить архивные снимки «Хаббла» — снимки с очень долгой выдержкой, позволяющие разглядеть максимально тусклые и далекие объекты. Он хотел выяснить, не пытался ли кто-то раньше найти в этих данных похожий сигнал. Через пару часов работы с материалами он заметил характерное свечение — эмиссионную линию Лайман-альфа, которая указывает на присутствие ионизирующего водорода. Это был тот самый сигнал, который он надеялся увидеть.

Согласно новым данным вероятность найти жизнь на соседней супер-Земле резко возросла

Иллюстрация галактики MXDFz4.4 в том виде, в котором она появилась примерно через 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва, когда эра реионизации подходила к концу.

(Источник изображения: NASA, ESA, Лия Хустак (STScI))

Но одного намека в архивных данных недостаточно. Чтобы подтвердить, что сигнал действительно принадлежит галактике на таком огромном расстоянии, а не является помехой или артефактом, потребовались дополнительные наблюдения. Команда ученых запросила время на трех крупных обсерваториях. Весь процесс — от подачи заявок до получения и обработки новых данных — занял несколько месяцев.

В итоге ученые объединили сведения из трех источников. «Хаббл» предоставил чрезвычайно глубокое изображение, собранное за 40 часов непрерывной съемки одного участка неба. «Джеймс Уэбб» дал снимки в широком диапазоне длин волн, по которым удалось определить возраст звезд в галактике и то, как быстро они формировались. Очень большой телескоп в Чили снял один из самых детальных спектров за шесть дней наблюдений — именно он окончательно подтвердил расстояние до MXDFz4.4.

На сегодняшний день ни одна другая галактика из этого раннего периода не показывала обнаруживаемого ионизирующего излучения. Астрономы предполагают, что именно вспышки бурного звездообразования, подобные той, что идет в MXDFz4.4, могли сыграть ключевую роль в рассеивании водородного тумана. Такие галактики, вероятно, существовали во множестве, и предстоит найти еще немало.