Кога все пак са се образували първите галактики

Независимо че в последните години са открити рекордно древни галактики, вече е ясно, че тяхната възраст все още не е достатъчно голяма.

В последните десетилетия сред астрономите се е формирала устойчива представа за еволюцията на ранната Вселена и появата на първите звезди и галактики. 370 000 години след Големия взрив температурата на разширяващата се Вселена е спаднала до такава степен, че протоните и електроните са могли да започнат образуването на неутрални атоми. Така е възникнал и нейонизираният газ, поглъщащ излъчването – епоха, която е прието да се нарича „тъмните векове”.

Първоначално този газ бил почти идеално равномерно разпределен в пространството. Но след това гравитацията усилвала неравномерността в неговото разпределение и само след няколкостотин милиона години газът е пристъпил към формирането на първите звезди, от които се появили и първите галактики:

Излъчването на първото поколение светила йонизирало останалия газ във Вселената, довеждайки я до стадия, в който сега ние живеем. Така са приключили „тъмните векове”.

Всъщност доста е трудно да се разбере какво се е случвало след началото на образуването на звездите и преди приключването на „тъмните векове”. Тяхното формиране е активирало цяла верига много сложни за моделиране процеси – нагряване и изстиване на облаците газ, взрив на свръхнови, поглъщане на материя от първите черни дупки, мощни звездни ветрове… Прекалено много факти са започнали да влияят на картината, за да не може тя да се нарече ясна докрай.

Наблюдения помогнали по-добре да се разбере случващото се. С помощта на снимки, направени от „Хъбъл”, са открити първоначално няколко десетки, а след това и над хиляда ранни галактики, много от които се отнасяли към първите милион години след Големия взрив. Очевидно те трябвало да съдържат млади звезди със син цвят и изглежда, именно тях търсели учените. Но няколко години по-късно екип под ръководството на Ричард Елис от Калифорнийския технологичен институт в Пасадена предприели още наблюдения на части от такива галактики, възползвайки се от допълнителен цветен филтър.

Много от ранните галактики, фиксирани от „Хъбъл”, при близко разглеждане се оказали не толкова ранни.
© NASA, ESA, R. Ellis (Caltech), UDF 2012 Team

И се убедили, че фактически звездите от тези галактики са били червени. Много червени! Галактиките, появили се 560–780 млн. години след Големия взрив, се оказали съставени от звезди на възраст 100–200 млн. години. Когато в началото на 2013 г. тези данни станали достъпни за астрономическата общественост, се посипали въпроси от недоумение. Работата е там, че едновременно била публикувана информация, свидетелстваща, че рейонизацията е започнала едва 250 млн. г. след Големия взрив, а е завършила (за водорода) след 1 млрд. години. Преди рейонизацията звездната светлина не ме могла да се разпространява свободно във Вселената. Но натрупаните данни за най-древните галактики до това време просто не давали основание за това.

По всички изчисления видимото количество не би трябвало да стигне за провеждането на реорганизация – прекалено малко излъчване давали те. Очевидно, заключили Ричард Елис и колегите му, има още много галактики, които по едни или други причини още не виждаме. „Сега знаем, че съществува цяла популация млади галактики, отнасящи се към още по-ранни времена от тези, които са достъпни за „Хъбъл”, сигурен е астрономът. Оттук следва, че те трябва да са се появили по-рано от 560 млн. г. след Големия взрив, което е много странно – кога газът е успял да се формира в първите протозвездни облаци?

Има и други въпроси. Първите звезди, според днешните теории, са имали на разположение едва ли не само един водород и малко хелий, тоест тяхната маса трябва стотици пъти да е превишавала слънчевата, иначе термоядрените реакции без по-тежки вещества, служещи като катализатори, просто не би започнала.

Времето на живот на такива гиганти не би трябвало да превишава 2 млн. години, след което те неминуемо са изчезнали във взривове на свръхнови. Но се получава, че такива взривове именно в тази епоха са се случвали с такава бясна честота, че са се отразявали на облаците междузвезден газ, от който се образували новите светила. И така Бог знае какви кратки срокове са били нужни за образуване на галактиките – по-бързо, отколкото за половин милиард години след Началото на Всичко.

Очевидно една част от тази картина противоречи на друга – звездите от първото поколение не са могли да позволяват бързото формиране на нови светила и галактики.

Както отбелязва теоретикът Волкър Бром от Техсаския университет в Остин (САЩ), ако галактиките, съществуващи след половин милиард години и вече наблюдавани от „Хъбъл”, имат звезди, които са на сто и повече милиона години, то е очевидно, че между смъртта на първото поколение звезди и формирането на второто трябва да е изминало или необичайно малко време, или… нулево време. Освен това, смята той, тези две поколения частично са могли дори да съществуват едновременно.

И така, историята на Вселената, изглежда, й е отпуснала прекалено малко време за образуване на първите звезди и галактики. Така че цялостно виждане на еволюцията на ранната Вселена, съществуващо до наблюденията на „Хъбъл”, е поставено под съмнение.

В края на тази година радиоинтерферометърът ALMA, който работи в милиметровия диапазон (в който благодарение на червеното преместване попада инфрачервеното излъчване от газовите облаци в ранната Вселена), ще вкара в употреба доста от своите елементи, за да види следи от галактики, съществували само 425 млн. години след Големия взрив. И ако това е така, нашето разбиране за природата на първите звезди и галактики очаква съществена промяна.

Източник: Nature News