Международная группа астрономов, в состав которой вошли специалисты из Мичиганского университета, пришла к неожиданному выводу о том, как ранняя Вселенная вышла из состояния «космического тумана». Наблюдения, выполненные с помощью телескопа Hubble («Хаббл») NASA, показали, что мощные потоки вещества, порождаемые взрывами умирающих звёзд, способны мешать ультрафиолетовому излучению покидать галактики. Этот результат противоречит широко распространённой теории, согласно которой такие взрывы, наоборот, помогали излучению выходить наружу. О работе сообщает портал ScienceDaily.
В первые сотни миллионов лет после Большого взрыва пространство между галактиками заполнял нейтральный водород, поглощавший ультрафиолет. Примерно 13 миллиардов лет назад началась эпоха реионизации: излучение молодых галактик отрывало электроны от атомов водорода, и постепенно межгалактическое пространство становилось прозрачным для света. Как пояснил Коди Карр, научный сотрудник кафедры астрономии Мичиганского университета, реионизацию называют последним крупным фазовым переходом Вселенной. При этом учёные до сих пор точно не знают, какие именно объекты дали нужное излучение и как оно смогло вырваться из галактик.
Ранее главным объяснением считались сверхновые — взрывы, которыми завершают жизнь некоторые звёзды. Предполагалось, что их потоки расчищают газ вокруг молодых светил и открывают путь ультрафиолету. Однако новые данные Hubble указывают на обратную картину: чем сильнее были галактические потоки, тем меньшая доля ионизирующего излучения покидала галактику. «По сути, галактики утекали ионизирующее излучение не так, как мы думали», — приводит слова Карра ScienceDaily. По мнению исследователей, фотоны, вероятно, выходят из галактик ещё до того, как звёзды взрываются и порождают мощные потоки.
Чтобы разобраться в механизме, команда изучила с помощью Hubble близкие галактики со вспышками звездообразования — современные аналоги тех объектов, что могли участвовать в реионизации. Спектры этих галактик позволяют судить о скорости движения газа вокруг звёзд. Сопоставив скорость потоков с долей выходящего излучения, астрономы обнаружили, что в галактиках с самыми быстрыми потоками утекает наименьшая часть ионизирующего света. По словам Стефана Маккэндлисса из Университета Джонса Хопкинса, энергия сверхновых скорее перемешивает окружающее вещество и увеличивает покров нейтрального газа и пыли, который задерживает излучение.
Авторы работы считают, что ключ к разгадке может лежать в ранних стадиях звездообразования. Небольшие потоки и другая активность вокруг молодых звёзд способны создавать в газе проходы ещё до первых взрывов сверхновых. Карр с коллегами рассчитывают получить дополнительное время наблюдений на Hubble, чтобы проверить, повторяется ли эта закономерность в других галактиках. Кроме того, результат важен для компьютерных моделей ранней Вселенной: как отметил Рэнью Цэнь из Чжэцзянского университета, сверхновые играют в них центральную роль, и теперь нужно учитывать, как излучение и потоки молодых звёзд формируют окружающий газ до их взрывов.
В исследовании участвовали почти 30 учёных более чем из десятка научных учреждений мира, среди них профессор Мичиганского университета Салли Оуи. Работу поддержали Чжэцзянский университет, Программа поддержки исследований провинции Чжэцзян, Национальный фонд естественных наук Китая, Министерство науки, инноваций и университетов Испании, Европейский фонд регионального развития и программа Horizon 2020 (горизонт 2020) Евросоюза. Часть финансирования обеспечили NASA и Национальный научный фонд США, а наблюдения Hubble проводились в том числе за счёт гранта Научного института космического телескопа.