JWST видит начало космической паутины

Космическая паутина представляет собой крупномасштабную структуру Вселенной. Если бы вы могли наблюдать, как наша Вселенная простирается от Большого взрыва до наших дней, вы бы увидели, как эти нити (и промежутки между ними) формируются с течением времени. Теперь астрономы, использующие JWST, обнаружили десять галактик, которые сформировали самую раннюю версию этой структуры всего через 830 миллионов лет после возникновения Вселенной.

«Космическая паутина» возникла как флуктуации плотности в ранней Вселенной. Через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва материя (в изначальной газообразной форме) сконденсировалась в узлы на стыках пластин и газовых нитей в ранней решетке. В этих узлах и нитях находились первые звезды и галактики. Естественно, когда астрономы заглянут в прошлое, они будут искать раннюю версию космической сети. Технология JWST позволила им снова увидеть тусклые и размытые объекты, которые появились вскоре после Большого взрыва.

10 галактик, которые наблюдала команда, выстроены в тонкие нити длиной три миллиона световых лет, которые удерживаются вместе яркими квазарами. Его появление потрясло команду своими размерами и местом в космической истории. «Это одна из старейших нитевидных структур, связанных с далекими квазарами», — добавил Виг Ван из Аризонского университета в Тусоне, главный исследователь программы.

Стремление понять раннюю вселенную и космические сети

Наблюдения JWST являются частью программы мониторинга под названием ASPIRE: Обзоры спектроскопии смещения ореолов в эпоху реионизации. Он использует изображения и спектры 25 квазаров, которые существовали в далеком прошлом, когда Вселенная начала светлеть после «Темных веков». Идея состоит в том, чтобы изучить формирование близлежащих галактик, а также рождение первых черных дыр. Кроме того, команда надеется понять, как ранняя Вселенная обогатилась более тяжелыми элементами (металлами) и как это произошло в эпоху реионизации.

Цели ASPIRE являются важной частью понимания происхождения и эволюции Вселенной. «Космологические исследования за последние два десятилетия дали нам четкое представление о том, как формируются и развиваются космические сети. ASPIRE стремится понять, как появление древнейших массивных черных дыр может вписаться в историю формирования нашей нынешней космологической структуры», — объяснил член команды Джозеф Хенави из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Сосредоточьтесь на исходной черной дыре

Квазары завораживают сквозь пространство и время. Они питаются от сверхмассивных черных дыр, которые вместе с мощными струями производят невероятное количество света и других излучений. Астрономы используют его как стандартную свечу для измерения расстояний, а также как способ изучения больших областей пространства, через которые проходит свет.

По крайней мере восемь квазаров в исследовании Aspire имеют черные дыры, которые образовались менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Массы этих черных дыр колеблются от 600 миллионов до 2 миллиардов масс Солнца. Он огромен и вызывает много вопросов по поводу их быстрого роста. Для того чтобы эта сверхмассивная черная дыра образовалась за такое короткое время, должны быть соблюдены два условия. Во-первых, вы должны начать расти из «семени» сверхмассивной черной дыры. Во-вторых, даже если бы это семя начиналось с массы, эквивалентной тысяче солнц, ему все равно нужно было бы накопить в миллион раз больше материи с максимально возможной скоростью в течение всей своей жизни», — пояснил Ван.

Чтобы эти черные дыры так разрастались, им нужно много топлива. Их галактика также очень массивна, что может объяснить чудовищную черную дыру в ее ядре. Черная дыра не только всасывает много материала, но и его отток влияет на звездообразование. Сильные ветры черных дыр могут препятствовать звездообразованию в родительских галактиках. Такие ветры наблюдались в соседней Вселенной, но не наблюдались напрямую в эпоху реионизации, — сказал Ян. — Размер ветра связан со структурой квазара. В наблюдениях Уэбба мы видим, что такие ветры существовали в ранней Вселенной».

Почему возраст?

Мы часто слышим об астрономах, желающих вернуться в эпоху реионизации. Зачем путать цели? Он предлагает взглянуть на то время, когда формировались первые звезды и галактики. После Большого взрыва детская Вселенная находилась в горячем и плотном состоянии. Иногда мы слышим, что его называют супом изначальной вселенной. После этого началось расширение, и все начало остывать. Это позволило электронам и протонам объединиться, чтобы сформировать первые атомы нейтрального газа. Это также позволяет рассеивать тепловую энергию Большого взрыва. Астрономы обнаруживают это излучение. Он имеет красное смещение в микроволновой части электромагнитного спектра. Астрономы называют это космическим микроволновым фоновым излучением (CMB).

На этой стороне ранней Вселенной было очень мало флуктуаций плотности расширяющегося вещества. Это вещество – нейтральный водород. Звезд и галактик пока нет. Но, в конце концов, эти области с высокой плотностью начинают агломерироваться под действием гравитации, в результате чего нейтральная материя начинает слипаться. Это привело к дальнейшему коллапсу областей высокой плотности, что в итоге привело к рождению первых звезд. Они нагревают окружающий материал, что создает дыру в нейтральной зоне, пропускающую свет. По сути, отверстия (или пузырьки) в нейтральном газе позволяют ионизирующему излучению распространяться дальше в пространстве. Это было началом эпохи реионизации. Через миллиард лет после Большого взрыва Вселенная полностью ионизирована.

Так как же объяснить ранние сверхмассивные черные дыры?

Интересно, что все ранние галактики, обнаруженные JWST, вместе с их квазарами уже существовали со сверхмассивными черными дырами в их ядрах. Главный вопрос остается: как они так быстро стали такими большими? Их присутствие может рассказать астрономам кое-что о «дополнительной плотности» во вселенной-ребенке. Во-первых, для формирования «зародышевой» черной дыры требуется плотная область, полная галактик.

Однако до сих пор наблюдения, предшествовавшие открытию JWST, обнаружили лишь незначительное увеличение плотности галактик вокруг самых старых сверхмассивных черных дыр. Астрономам нужно будет провести больше наблюдений в эту эпоху, чтобы объяснить, почему. Программа ASPIRE должна помочь ответить на вопросы об обратной связи между формированием галактик и созданием черных дыр в этой ранней Вселенной. По пути им также приходилось видеть все больше и больше фрагментов крупномасштабной структуры космической паутины Вселенной по мере ее формирования.

Чтобы получить больше информации

NASA Web идентифицирует первые нити космической сети
Смещение ореолов в эпоху реионизации (ASPIRE) Спектроскопическое исследование: JWST обнаруживает нитевидную структуру вокруг квазара с az = 6,61.