Космическая пыль проливает свет на образование звёзд в ранней Вселенной

Галактика A2744_YD4, рисунок. Свет из этой далёкой-далёкой галактики летел к нам около 3,5 миллиардов лет, поэтому мы можем увидеть её только в глубоком прошлом. Источник: European Southern Observatory.
Галактика A2744_YD4, рисунок. Свет из этой далёкой-далёкой галактики летел к нам около 3,5 миллиардов лет, поэтому мы можем увидеть её только в глубоком прошлом. Источник: European Southern Observatory.

Международная группа астрономов изучила одну из самых далёких и молодых галактик — A2744 YD4. Учёные наблюдали галактику в тот момент, когда нашей Вселенной было всего 600 миллионов лет — в ту эпоху шло формирование первых звёзд. В A2744_YD4 нашли космическую пыль и излучение ионизированного кислорода.

«Скопление Пандоры» Abell 2744 — это гигантское скопление галактик в 3,5 миллиардах световых лет от нас, результат одновременного столкновения по меньшей мере четырёх отдельных небольших скоплений. 75% массы скопления составляет тёмная материя, ещё 20% — горячий газ, а собственно галактики — всего 5%. Здесь в 2014 году, изучая данные телескопа Хаббл, астрономы нашли «квинтет»  — регион, в котором близко друг к другу располагались пять галактик. Одной из них была YD4.

В ходе нового исследования международная группа астрономов вела наблюдения за A2744_YD4 с помощью комплекса радиотелескопов Atacama Large Millimeter Array («Атакамская большая [антенная] решётка миллиметрового диапазона») и спектрометра X-shooter, расположенного в Европейской южной обсерватории (European Southern Observatory). Учёным удалось разглядеть YD4 благодаря тому, что она «прячется» за Abell 2744. Скопление Пандоры своим гравитационным полем искривляет направление распространения электромагнитного излучения и, фактически, работает как огромная линза. Этот гигантский космический «телескоп» увеличил галактику в 1,8 раз и позволил учёным заглянуть в раннюю Вселенную.

Скопление A2744 и расположение галактики A2744_YD4 (в правом нижнем углу).
Скопление A2744 и расположение галактики A2744_YD4 (в правом нижнем углу).

Учёные обнаружили в A2744_YD4 большие количества пыли и зарегистрировали исходящее из галактики излучение ионизированного кислорода. Это самые далёкие, а значит, и самые ранние, следы присутствия кислорода во Вселенной. «A2744_YD4 — не просто самая далёкая галактика, которую нам на сегодняшний день удалось наблюдать с помощью AMLA, — комментирует ведущий автор исследования Николас Лапорте (Nicolas Laporte). — Такое большое количество пыли показывает, что эту галактику уже успела «загрязнить» сверхновая». Космическая пыль состоит, в основном, из мелких — диаметром в одну миллионную сантиметра — частиц кремния, углерода и алюминия. Эти химические элементы образуются внутри звёзд, а после их смерти рассеиваются по всему космосу — огромные количества пыли выбрасываются при взрыве сверхновых. Сегодня космической пыли во Вселенной очень много, она служит основным материалом образования звёзд, планет и сложных молекул. Но в молодой Вселенной она была редкостью.

Учёные подсчитали, что масса всей пыли в галактике A2744_YD4 равна 6 миллионам масс Солнца, а масса всех звёзд — 2 миллиардам масс. Звёзды там образуются со скоростью 20 солнечных масс в год — для сравнения, в Млечном пути это происходит гораздо медленнее: всего 1 солнечная масса в год. «Для такой далёкой галактики эта скорость не является чем-то необычным, но этот факт указывает на то, насколько быстро сформировалась пыль в A2744_YD4, — говорит один из авторов работы Ричард Эллис (Richard Ellis). — Замечательно, что на это понадобилось всего около 200 миллионов лет — так что мы наблюдаем эту галактику вскоре после её зарождения».

Это значит, что звездообразование началось примерно за 200 миллионов лет до того, как астрономы провели это исследование. Изучая космическую пыль, учёные смогут определить, когда взорвалась первая сверхновая и во Вселенной появились первые горячие звёзды. «Дальнейшие измерения такого рода позволят отследить образование ранних звёзд и формирование более тяжёлых химических элементов в ранней Вселенной», — заключает Лапорте.