Хаббл зафіксував світло віком 12 мільярдів років: воно розкрило таємницю раннього Всесвіту

Телескоп «Хаббл» зафіксував іонізуюче ультрафіолетове випромінювання від галактики MXDFz4.4 — такою вона була через 1,4 мільярда років після Великого вибуху. Світло подолало понад 12 мільярдів світлових років, перш ніж досягло детекторів телескопа. Це спостереження дозволяє краще зрозуміти, як ранній Всесвіт вийшов із щільного водневого туману і став прозорим для випромінювання.

У перші сотні мільйонів років після Великого вибуху міжгалактичний простір заповнював нейтральний водень. Атоми цього газу ефективно поглинали жорсткий ультрафіолет, роблячи Всесвіт практично непрозорим для далекого спостерігача. Згодом молоді зорі, квазари та інші джерела енергії почали вибивати електрони з атомів водню — газ іонізувався й переставав затримувати високоенергетичне світло.

Цей процес поступового перетворення міжгалактичного середовища отримав назву епохи реіонізації. Прозорі ділянки виникали навколо молодих галактик, поширювалися і з’єднувалися між собою. Астрономи давно припускали, що головним «двигуном» цього процесу були перші галактики, однак безпосередньо спостерігати, як іонізуюче випромінювання виривається за їхні межі, вдавалося вкрай рідко.

Galak­ty­ka MXDFz4.4 дала унікальну можливість простежити шлях іонізуючих фотонів. За площею вона приблизно у 100 разів менша за Чумацький Шлях, проте зорі там народжуються в десять разів швидше. Кілька коротких спалахів зореутворення за мільйони років до моменту спостереження сконцентрували у тісній ділянці щільне скупчення масивних гарячих зір, які й генерували потужний потік іонізуючого світла. За час подорожі розширення Всесвіту розтягнуло хвилі: ультрафіолет змістився у видимий діапазон, доступний для реєстрації телескопом.

Дослідники оцінили, що від 50% до 100% іонізуючих фотонів вирвалося за межі навколишнього газу. Навіть нижня межа цього діапазону свідчить про незвично високу прозорість галактики для жорсткого ультрафіолету. Частково це пояснюється тим, що масивні зорі вибухали надновими і викидали газ із навколишнього простору, відкриваючи випромінюванню додаткові шляхи назовні.

Для повноцінного аналізу вчені об’єднали дані трьох обсерваторій. «Хаббл» виявив іонізуючий ультрафіолет, космічний телескоп «Джеймс Вебб» допоміг оцінити масу галактики та відновити її історію зореутворення, а Дуже великий телескоп Європейської південної обсерваторії уточнив відстань до MXDFz4.4 і вік галактики після Великого вибуху. З’ясувалося, що старі, холодні зорі майже не впливали на навколишній водень — ключову роль відіграли саме недавні спалахи зореутворення.

До цього відкриття астрономи знайшли лише одну галактику з іонізуючим випромінюванням, що існувала через 1,6 мільярда років після Великого вибуху, а решта прикладів відносилися до ще пізнішого часу — близько 2 мільярдів років. MXDFz4.4 стала найдавнішим подібним об’єктом і наблизила спостереження до самого завершення епохи реіонізації. Надалі вчені планують шукати більше галактик, де іонізуюче світло проривається назовні, щоб точніше відтворити картину того, як Всесвіт вперше засвітився.