Исследование самых первых галактик остается серьезной проблемой в современной астрономии. Мы не знаем, когда и как образовались первые звезды и галактики во Вселенной. На эти вопросы можно ответить с помощью космического телескопа Хаббл с помощью глубоких наблюдений. Хаббл позволяет астрономам увидеть Вселенную за 500 миллионов лет до Большого взрыва.
Группа европейских исследователей во главе с Рачаной Бхатавдекар из Европейского космического агентства приступила к изучению первого поколения звезд в ранней Вселенной. Известные как звезды населения III [1], эти звезды были выкованы из первичного материала, образовавшегося в результате Большого взрыва. Звезды населения III должны были состоять исключительно из водорода, гелия и лития, единственных элементов, которые существовали до того, как процессы в ядрах этих звезд могли создавать более тяжелые элементы, такие как кислород, азот, углерод и железо.
Бхатавдекар и ее команда исследовали раннюю Вселенную примерно через 500 миллионов – 1 миллиард лет после Большого взрыва, изучая скопление MACSJ0416 и его параллельное поле с помощью космического телескопа Хаббл (с вспомогательными данными космического телескопа НАСА Spitzer и наземного очень большого Телескоп Европейской южной обсерватории). «Мы не нашли свидетельств существования этих звезд населения III первого поколения в этом космическом временном интервале», – сказал Бхатавдекар о новых результатах.
Результат был достигнут с использованием широкоугольной камеры 3 космического телескопа Хаббла и усовершенствованной камеры для исследований [2] в рамках программы Hubble Frontier Fields.
Эта программа (которая наблюдала шесть далеких скоплений галактик с 2012 по 2017 год) произвела самые глубокие наблюдения за скоплениями галактик и галактиками, расположенными за ними, которые были увеличены за счет эффекта гравитационного линзирования, тем самым обнаружив галактики в 10-100 раз слабее, чем любые из ранее наблюдавшихся. Массы скоплений галактик на переднем плане достаточно велики, чтобы изгибать и увеличивать свет от более далеких объектов позади них.
Это позволяет Хабблу использовать эти космические увеличительные стекла для изучения объектов, которые выходят за рамки его номинальных эксплуатационных возможностей.
Бхатавдекар и ее команда разработали новую технику, которая удаляет свет от ярких галактик на переднем плане, составляющих эти гравитационные линзы.
Это позволило им обнаружить галактики с более низкой массой, чем когда-либо ранее наблюдалось с Хабблом, на расстоянии, соответствующем тому времени, когда Вселенной было менее миллиарда лет. На данный момент в космическом времени отсутствие доказательств наличия экзотических звездных популяций и идентификация многих галактик с малой массой поддерживает предположение о том, что эти галактики являются наиболее вероятными кандидатами на реионизацию Вселенной. Этот период реионизации в ранней Вселенной – это когда нейтральная межгалактическая среда была ионизирована первыми звездами и галактиками.
«Эти результаты имеют глубокие астрофизические последствия, поскольку они показывают, что галактики, должно быть, образовались намного раньше, чем мы думали», – сказал Бхатавдекар. "Это также убедительно подтверждает идею о том, что маломассивные / слабые галактики в ранней Вселенной ответственны за реионизацию."
Эти результаты [3] также предполагают, что самые ранние образования звезд и галактик произошли намного раньше, чем это может быть исследовано с помощью космического телескопа Хаббла. Это оставляет захватывающую область дальнейших исследований для предстоящего космического телескопа Джеймса Уэбба NASA / ESA / CSA – изучение самых ранних галактик Вселенной.
Примечания
[1] Название Население III возникло потому, что астрономы уже классифицировали звезды Млечного Пути как Население I (звезды, подобные Солнцу, которые богаты более тяжелыми элементами) и Население II (более старые звезды с низким содержанием тяжелых элементов, обнаружены в балдже и гало Млечного Пути, а также в шаровых звездных скоплениях).
[2] Вследствие расширения Вселенной свет далеких галактик смещается из ультрафиолетовой и оптической длин волн в инфракрасную часть электромагнитного спектра.
Широкоугольная камера 3 Хаббла хорошо оснащена для исследования этой части спектра. Кроме того, усовершенствованная камера для обзоров телескопа оптимизирована для наблюдений в видимом и световом диапазонах.
[3] Эти результаты основаны на предыдущей статье 2019 г. (https: // arxiv.org / abs / 1807.07580) Bhatawdekar et al., и статья, которая появится в следующем выпуске Ежемесячных уведомлений Королевского астрономического общества (MNRAS).
Эти результаты также будут представлены на пресс-конференции во время 236-го заседания Американского астрономического общества.
Больше информации
Космический телескоп Хаббла – это проект международного сотрудничества между ЕКА и НАСА.
Европейская группа астрономов, участвующая в этом исследовании, состоит из R. Бхатавдекар и К. J. Конселиче.
Изображение предоставлено: ESA / Hubble, M. Корнмессер.
Ссылки
Изображения Хаббла – http: // www.космический телескоп.org / images / archive / category / spacecraft /
Релиз Hubblesite – http: // www.космический телескоп.org /% 20https: // hubblesite.org / содержание / новости-релизы / 2020 / news-2020-34.
Контакты
Dr Rachana Bhatawdekar Европейское космическое агентство / ESTEC Noordwijk, Нидерланды Электронная почта: Rachana.Bhatawdekar @ esa.int
Бетани Даунер, ESA / Hubble, специалист по общественной информации Гархинг, Германия Электронная почта: Бетани.Даунер @ партнер.эсо.org