«Джеймс Уэбб» отыскал одну из самых примитивных галактик в ранней Вселенной

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил в ранней Вселенной одну из самых бедных металлами и слабо проэволюционировавших галактик среди ныне известных. LAP1-B существовала спустя 800 миллионов лет после Большого взрыва, а ее свойства указывают на среду, обогащенную веществом одних из первых звезд во Вселенной. Они все еще могут существовать в этой галактике. Статья опубликована в журнале Nature.

Первые звезды во Вселенной рождались из вещества, содержавшего очень малые доли металлов (элементов тяжелее водорода и гелия). В дальнейшем, по мере того, как эти звезды эволюционировали и гибли, происходило увеличение химического разнообразия во внутригалактических и внегалактических средах. Однако найти звезды населения III крайне трудно из-за удаленности и тусклости галактик, их содержащих. К настоящему времени ни одна из родительских систем кандидатов в первые звездные популяции не продемонстрировала и экстремальный дефицит металличности, и спектр жесткого ионизирующего излучения, что вписывалось бы в модель массивных звезд, возникших из первичного вещества. 

Группа астрономов во главе с Кимихико Накадзимой (Kimihiko Nakajima) из Университета Канадзавы сообщила об обнаружении одной из наиболее примитивных в плане химического обогащения галактик среди известных. Исследователи анализировали данные глубоких спектроскопических наблюдений за системой LAP1-B, проведенных при помощи инструмента NIRSpec «Джеймса Уэбба» 4–5 ноября 2024 года.

Красное смещение LAP1-B составляет 6,625, что соответствует возрасту Вселенной в 800 миллионов лет после Большого взрыва. Она видна благодаря эффекту гравитационного линзирования, создаваемого массивным скоплением галактик MACS J0416, расположенным между нами и галактикой. И в результате изображение LAP1-B увеличено почти в сто раз. Система как кандидат в галактику обнаружена в 2023 году, тогда ее признали весьма интересным объектом для поисков популяций звезд населения III.

Полученные спектры LAP1-B демонстрируют слабые, но явные линии излучения металлов, в частности многократно ионизованных кислорода и углерода. Оценка содержания кислорода в газовой фазе в межзвездной среде галактики составляет (4,2 ± 1,8) × 10⁻³ от солнечного содержания, что стало одним из самых низких измеренных значений и соответствует очень малой металличности. Кроме того, галактика обладает незначительными запасами пыли, а верхний предел для ее звездной массы составляет 3300 масс Солнца. 

Спектры LAP1-B также описываются как соответствующие исключительно жесткому ионизирующему излучению, а очень большая эффективность образования ионизирующих фотонов может объясняться только очень массивными звездами населения III или экстремальными представителями звезд населения II, но не стандартными обогащенными металлами звездами или активными галактическими ядрами.

Исключительно жесткий ионизирующий спектр излучения, крайне низкая звездная масса и минимально химически обогащенная межзвездная среда говорят о том, что мы наблюдаем эту галактику на уникальном и коротком этапе эволюции. Среда внутри этой системы обогащена веществом звезд населения III, которые уже успели взорваться как сверхновые. При этом энергии взрыва было недостаточно, чтобы выбросить прочь богатые кислородом внутренние слои звезды, но достаточно для внешних, богатых углеродом слоев. Наблюдаемый поток ионизирующего излучения исходит от последующей за этими звездами популяцией светил или, потенциально, их аналогичной популяции, крайне обедненной металлами. 

LAP1-B представляет собой редкое и критически важное звено в процессе перехода от эпохи «Космического рассвета» к сформировавшимся популяциям галактик в ранней Вселенной. Кроме того, система выглядит как прямой прародитель малометалличных ультратусклых карликовых галактик, наблюдаемых в Местной Вселенной на больших красных смещениях. Наблюдения за ней будут продолжаться.

Рекордно далекая на сегодня галактика тоже обнаружена «Джеймсом Уэббом» — ее назвали «Космическое чудо».