Снимките на Джеймс Уеб ще ни помогнат да разберем сложната химия на Вселената

Миналата седмица космическият телескоп Джеймс Уеб публикува първите си снимки. Сред тях е изключително качественото инфрачервено изображение на Вселената, което е най-дълбокото и най-детайлното към днешен ден. Тази снимка на галактическия куп SMACS 0723 предлага огромно количество полезна информация. По-точно, вижда се една далечна галактика в червеното поле от съвсем ранната Вселена. Спектрографът NIRSpec на телескопа показа нейния спектър, разкриващ състава на газовете в тази далечна галактика: тези нови данни ще ни помогнат да разберем химическата еволюция на ранната Вселена.

От хилядите далечни галактики отвъд галактическия клъстър SMACS 0723, спектрографът NIRSpec осъществи отделни наблюдения на 48 от тях, а след това ги наблюдава и едновременно. Светлината от тези галактики е пътувала до нас много дълго и сега ние ги виждаме такива, каквито са били в най-ранната Вселена. Техните емисионни спектри си приличат: всички те имат водородна линия, последвана от двойната линия на йонизирания кислород, като позицията на тази линия в спектъра ни дава възможност да оценим червеното отместване на галактиките и по този начин – тяхното разстояние. Една от тези галактики е идентифицирана като най-отдалечената.

Ние виждаме галактическия куп SMACS 0723 така, както е изглеждал преди 4,6 милиарда години. Същевременно той действа като гравитационна леща и даде на учените възможност да наблюдават много по-далечни галактики, които са съществували в много ранен период от историята на Вселената – преди около 13,8 милиарда години.

Спектрографът NIRSpec на космическата обсерватория/телескоп Джеймс Уеб определи химическия състав на галактика, отдалечена от нас на 13,1 милиарда години. Това е само една от хилядите, които се виждат на първата снимка, изпратена от телескопа

NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) е многообектен дисперсионен спектрограф, работещ в близката инфрачервена област. Създаден е от Astrium (дъщерно дружество на EADS) за Европейската космическа агенция. Това устройство може едновременно да наблюдава повече от 100 обекта (звезди и галактики) в зрителното си поле. Това е първият инструмент, изпращан някога в космоса, който предлага подобна възможност. Благодарение на него учените успяха да определят спектрите на някои галактики.

Тези спектри показват химическия състав, температурата и плътността на йонизирания газ в галактиките. Тази галактика на 13,1 милиарда години излъчва характерните линии от кислород, водород и неон, включително по-различен шаблон на водорода и двойната кислородна линия, които учените са открили във всяка от целевите галактики.

„Ето по какъв начин звездите в галактиките произвеждат кислород за нашия организъм. Ние виждаме самото начало на този процес“ – каза по време на проведената наскоро пресконференция Джейн Ригби, учен по проекта Джеймс Уеб в Центъра за космически полети Годард на НАСА.

Екипът на NIRSpec беше приятно изненадан от получаването на толкова подробен спектър за това първо по рода си наблюдение на дълбоката Вселена. Те по принцип се надяваха да наблюдават линията на излъчване на кислорода, но смятаха, че за тази цел ще трябва да се насочват телескопа към десетки или дори стотици космически обекти, преди да могат да я открият.

Тази кислородна линия е особено важна, понеже астрономите я използват, за да калибрират своите измервателни инструменти и тя е приета за нещо като стандарт. Тази практика е нещо обичайно при изучаването на близките галактики, но досега никой учен не е успял да я приложи към далечни галактики. Сега екипът вече ще може да интерпретира очевидното доминиране на различните химични сигнатури в спектрите от гледна точка на количествата химични вещества, налични в изследваната галактика.

Бъдещите спектри от други далечни галактики, предоставени от Джеймс Уеб, ще направят възможно изучаването еволюцията на пропорциите на различните химични елементи с течението на времето. Това е необходимо за постигане на една от приетите за изпълнение научни цели: попълване на празнините по отношение на съвсем ранната Вселена. За периода от около 380 000 години след Големия взрив до около един милиард години след него учените разполагат със съвсем малко информация.

Този период съответства на тъмната епоха на Вселената, последвана от рейонизация. Счита се, че Вселената е била просто дифузна смес от водород и хелий, които постепенно се натрупват, за да образуват първите галактики, които дават началото на първото поколение звезди. Но поради липсата на данни за този период, съответните процеси все само се обсъждат. Джеймс Уеб е в състояние директно да изследва този мистериозен период. Съвсем скоро космическият телескоп ще започне да наблюдава още по-далечни галактики, което може да хвърли светлина върху химията на Вселената.

Днес може да ни е трудно да повярваме, но през 1990-те години имаше редица учени, които упорито се придържаха към теорията за една устойчива и стационарна Вселена. Според това схващане, наблюдаваната Вселена е на практика еднаква по всяко време и на всяко място. Привържениците на тази теория станаха значително по-малко след откриването на космическото микровълново фоново излъчване през 1964 година, предсказано от теорията за Големия взрив. Останалите привърженици на тази теория окончателно се отказаха от нея след като бяха показани снимките направени от Хъбъл. Астрономите се надяват, че телескопът Джеймс Уеб ще може да погледне в миналото чак до 50-100 милиона години от момента на Големия взрив, именно когато са започнали да се формират първите звезди и галактики.