Кислород существовал в ранней Вселенной почти с ее рождения

Астрономы из Японии, Швеции, Соединенного Королевства и ESO использовали ALMA для наблюдения за одной из наиболее далеких из известных науке галактик. SXDF-NB1006-2 лежит в красном смещении 7.2, означающем, что мы наблюдаем ее состояние, когда Вселенной было только 700 миллионов лет.

Команда хотела узнать о наличии тяжелых химических элементов, поскольку они могут рассказать об уровне звездообразования и, следовательно, предоставить сведения о периоде в истории Вселенной, известном как космическая реионизация.

«Поиск тяжелых элементов в ранней Вселенной является важным подходом для изучения активности формирования звезд в этот период. Изучение тяжелых элементов также намекает на то, как образовались галактики и чем вызвана космическая реионизация», – сказал Акио Иноуэ из Университета Санге, Осака (Япония), ведущий автор исследования.

Изначально Вселенная была заполнена электрически нейтральным газом. Но, когда первые объекты начали сиять через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, они производили мощные излучения, которые начали разгонять нейтральные атомы и ионизировать газ. Во время этой фазы, известной как космическая реионизация, вся Вселенная резко изменилась. Но существует много споров о том, какие объекты вызвали реионизацию. Изучение условий в очень далеких галактиках может помочь ответить на этот вопрос.

Прежде чем наблюдать далекие галактики, ученые выполнили компьютерное моделирование, чтобы предсказать, как легко они смогут получить доказательства наличия ионизированного кислорода. Они также рассмотрели аналогичные галактики, которые находятся гораздо ближе к Земле, и пришли к выводу, что излучение кислорода должно быть обнаружено даже на огромном расстоянии.

Затем они провели наблюдения с помощью ALMA и зафиксировали излучение от ионизированного кислорода в SXDF-NB1006-2, что делает это самым ранним однозначным присутствием кислорода во Вселенной. Это твердое доказательство наличия кислорода в ранней Вселенной спустя 700 миллионов лет после Большого взрыва.

На диаграмме изображены основные вехи эволюции Вселенной (не в масштабе). Credits: NAOJ

Кислорода в SXDF-NB1006-2 оказался в десять раз меньше, чем на Солнце. «Мы ожидали незначительное наличие кислорода, потому что Вселенная была еще молода, и история звездообразования в то время была коротка. Наше моделирование фактически предсказало его наличие в десять раз меньше, чем на Солнце, но у нас появился еще один, неожиданный, результат: очень небольшое количество пыли», – отметил Наоки Есида из Токийского университета.

Команда не смогла обнаружить излучение углерода в галактике и предположила, что эта юная галактика содержит очень мало неионизированного газообразного водорода, а также лишь небольшое количество пыли, которая состоит из тяжелых элементов. «Что-то необычное может происходить в этой галактике. Я подозреваю, что здесь почти весь газ сильно ионизирован», – сказал Акио Иноуэ.

Определение ионизированного кислорода свидетельствует о том, что много очень ярких звезд, в десятки раз более массивных, чем Солнце, сформировались в галактике и испускали интенсивное ультрафиолетовое излучение, необходимое для ионизации атомов кислорода.