Ранната Вселена продължава да поднася изненади на астрономите. В скорошно проучване на бледи, далечни обекти, астрономи от университета на Мисури откриха поне 300 от тях, които изглеждат твърде ярки.

Това означава, че те формират звезди много по-рано от очакваното или се случва нещо друго.

Каквото и да е то, то може да повлияе на нашето разбиране за събитията в зараждащия се Космос.

Астрономите са използвали две от мощните инфрачервени камери на космическия телескоп James Webb (JWST). Близката инфрачервена камера (Near-Infrared Camera) и средната инфрачервена камера (Mid-Infrared Instrument).

И двете са специално проектирани да улавят светлина от най-отдалечените места в Космоса, което е ключово при изучаването на ранната Вселена.

„Ако дори само няколко от тези обекти се окажат това, което смятаме, че са, нашето откритие може да оспори настоящите идеи за това как са се формирали галактиките в ранната Вселена. Периодът, когато първите звезди и галактики са започнали да се оформят.“

Ранните, ярки в инфрачервения спектър обекти са открити в регионите на небето, обхванати от програмата Ultra-deep Survey (UDS), която включва данни от множество дължини на вълната, събрани както от космическия телескоп Hubble, така и от James Webb.

JWST е особено чувствителен към инфрачервената светлина от много бледи и далечни обекти в ранната Вселена.

Поглед в миналото

Голямото предизвикателство при изследването на най-младите обекти във Вселената е, че астрономите не могат просто да ги погледнат бързо през телескоп и да кажат „Аха!“ и да обяснят какво са открили.

Изучаването на тази епоха от космическата история не е лесно поради голямото разстояние и слабата светлина.

За да определят какво точно представляват тези обекти, Ян и колегите му е трябвало да предприемат поетапен подход.

Необходими са множество наблюдения в различни дължини на вълната, за да се потвърди точно къде и кога тези обекти са съществували в космическата история.

Екипът е използвал така наречената „техника на отпадане“ (dropout technique), за да проучи всяка от 300-те галактики в своята извадка.

Този метод разчита на наблюдения на едни и същи обекти в различни дължини на вълната.

Например, галактика с голямо червено отместване (т.е. изключително отдалечена) може да се появи в по-червените дължини на вълната.

Въпреки това, тя изчезва при наблюдения в по-сините дължини на вълната, според Банджън „Том“ Сун.

„Това явление е показателно за „прекъсването на Лайман“ (Lyman Break) – спектрална характеристика, причинена от поглъщането на ултравиолетова светлина от неутрален водород“, казва той.

„С увеличаването на червеното отместване тази сигнатура се измества към по-червени дължини на вълната.“

Тази техника работи, защото светлината от много далечни обекти изминава невероятни разстояния.

Да кажем, че една галактика в много ранната Вселена излъчва голямо количество ултравиолетова (UV) светлина.

Това показва, че тя може да бъде регион с бурно звездообразуване, тъй като младите звезди са особено ярки в UV спектъра.

Или пък може да има много активна централна черна дупка. Но докато светлината ѝ пътува през Космоса, тя се разтяга от разширението на Вселената.

За нас тук, на Земята, тези бледи, далечни обекти изглеждат червеникави и изчезват напълно в UV спектъра.

За тези галактики с „прекъсване на Лайман“, отпадането в синята светлина означава, че те са много далеч.

Доказване на прекъсването

След като галактиките с „прекъсване на Лайман“ бъдат идентифицирани, астрономите трябва да определят точните им разстояния. И след това да анализират светлината им.

„В идеалния случай това би се направило чрез спектроскопия. Техника, която разлага светлината на различни дължини на вълната, за да се идентифицират сигнатури, които биха позволили точно определяне на червеното отместване“, казва Ян.

За да се вникне наистина в характеристиките на даден обект, астрономите могат да направят и така нареченото „пасване на спектралното енергийно разпределение“.

Това е графика на излъчената от обекта енергия спрямо честотата или дължината на вълната, която позволява на екипа да направи полезни оценки на червеното отместване на своите кандидати за галактики.

Тя е особено полезна при измерване на инфрачервената светлина от далечни обекти. Защото може да помогне за идентифициране на региони, където се образуват звезди или където горещи млади звезди започват да нагряват заобикалящата ги среда.

Изследване на най-ранните епохи от формирането на галактиките

Резултатът дава на Ян и екипа му възможност да проучат тези ранни галактики по-подробно и да потвърдят тяхната възраст и звездни маси.

„Дори само няколко от тези обекти да бъдат потвърдени като намиращи се в ранната Вселена, те ще ни принудят да променим съществуващите теории за формирането на галактиките“, казва той.

Ако тези обекти се окажат ранни, ярки галактики със звездообразуване, това може да промени оценките на астрономите за това кога и как е започнало формирането на звезди и галактики в най-ранните епохи от космическата история.

Първите галактически структури са се слели, подпомогнати от тъмната материя. Как и кога е започнал този процес все още не е ясно, поради което има широк времеви диапазон.

Скорошни наблюдения с JWST разкриха много ярки, масивни галактики, съществували много, много рано в космическата история.

Ако тези ранни обекти, наблюдавани от екипа от Мисури, са съществували тогава – или са започнали да се формират по-рано – това би помогнало на астрономите да стеснят този диапазон от 200 до 600 милиона години за предполагаемото начало на формирането на галактиките. И да установят съществуването на горещи, млади региони на звездообразуване в най-ранните галактики.

„Един от нашите обекти вече е потвърден чрез спектроскопия като ранна галактика“, казва Сун.

„Но само този обект не е достатъчен. Ще трябва да направим допълнителни потвърждения, за да кажем със сигурност дали настоящите теории са оспорени.“