Webb увидел галактику из эпохи первых звёзд благодаря линзе
JWST, или Webb, добрался до объекта, который без космического трюка мы бы просто не увидели. Астрономы нашли галактику LAP1-B, существовавшую через 800 млн лет после Большого взрыва, и по составу она выглядит подозрительно близкой к той самой ранней Вселенной, где тяжёлых элементов почти не было.
Главная интрига не в очередном «самом далёком» объекте. Таких заголовков у Webb уже было достаточно. Здесь интереснее другое: LAP1-B выглядит как крошечная, бедная металлами система, в которой могли сохраниться следы звёзд популяции III, то есть первого поколения звёзд, которые астрономы ищут много лет и почти всегда находят только косвенно.
Галактика LAP1-B и гравитационная линза Webb
LAP1-B находится примерно в 13 млрд световых лет от Земли. Её свет усилил массивный кластер MACS J046, который сработал как гравитационная линза и увеличил яркость объекта примерно в 100 раз. Без этого эффекта даже Webb, который уже успел превратить раннюю Вселенную из красивой схемы в набор наблюдаемых объектов, прошёл бы мимо.
Галактика настолько слабая, что команда не смогла уверенно выделить её собственное звёздное свечение. Оценка звёздной массы выходит почти смешной по космическим меркам, не более 3300 масс Солнца. Для сравнения, в одном только Млечном Пути звёздная масса измеряется десятками миллиардов солнечных масс, а у ультратусклых спутников нашей Галактики счёт тоже обычно идёт на миллионы. Перед нами почти зародыш галактики, а не привычная звёздная система.
При этом полная масса объекта около 10 млн солнечных масс. Если оценка верна, видимого вещества там совсем мало, а основную работу делает тёмная материя. Это хорошо укладывается в картину ранней Вселенной, где маленькие гало сначала удерживали газ, а уже потом пытались собрать из него первые звёзды.
Почему химический состав LAP1-B так заинтересовал астрономов
Самый сильный сигнал пришёл не от звёзд, а от газа. Спектр показал, что содержание кислорода относительно водорода у LAP1-B составляет всего 0,4% от солнечного уровня. Для астрономии это почти пустая таблица Менделеева. Чем меньше в объекте кислорода, углерода, железа и других тяжёлых элементов, тем ближе он по составу к первым этапам космической истории, когда Вселенная жила на водороде и гелии.
Есть и странность, из-за которой работа цепляет сильнее обычного отчёта о «бедной металлами» галактике. У LAP1-B нашли сравнительно высокое содержание углерода и линии трёхкратно ионизированного углерода. Для такого состояния нужен очень жёсткий ультрафиолет, который обычные современные звёздные популяции объясняют плохо. Отсюда и осторожная, но понятная гипотеза о следах звёзд популяции III.
Эти звёзды до сих пор остаются почти мифическими персонажами космологии. Модели предсказывают, что они были очень массивными, жили всего несколько миллионов лет и быстро обогащали среду первыми тяжёлыми элементами. Проблема в том, что увидеть их напрямую чрезвычайно трудно: они вспыхнули и исчезли слишком рано. Поэтому астрономы охотятся не столько за самими звёздами, сколько за их химическими «отпечатками».
Чем LAP1-B отличается от прежних находок Webb
Webb уже находил рекордно ранние галактики, включая объекты, появившиеся менее чем через 300 млн лет после Большого взрыва. Но многие из них оказались неожиданно яркими, массивными и химически более зрелыми, чем хотелось бы сторонникам красивой учебниковой картины. LAP1-B идёт в другую сторону: маленькая, тусклая, бедная тяжёлыми элементами. То есть больше похожа на то, чего теоретики ждали от молодых галактик из первых глав истории Вселенной.
Есть ещё один важный мостик к местной космологии. LAP1-B напоминает ультратусклые карликовые галактики вокруг Млечного Пути, которые считают древними реликтами. Если такие объекты действительно родственны системам вроде LAP1-B, у астрономов появляется шанс связать раннюю Вселенную с тем, что висит у нас буквально в галактическом дворе. Это уже не абстрактная космология, а попытка собрать родословную галактик по уцелевшим осколкам.
Следующая волна наблюдений будет охотиться за похожими объектами с экстремально низкой металличностью. Чем больше таких галактик найдут, тем легче будет проверить, были ли звёзды популяции III редкой экзотикой или обычным этапом сборки первых галактик.
