«Джеймс Уэбб» нашёл источник Лаймановского континуума в сливающихся галактиках ранней Вселенной
Одна из ключевых загадок ранней Вселенной связана с эпохой реионизации — периодом, когда спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва первые звёзды и галактики начали заполнять межгалактическое пространство высокоэнергетическим излучением. Сегодня всё ещё не до конца понятно, какие именно процессы позволили ионизирующим фотонам покидать галактики в достаточном количестве. Новые наблюдения космического телескопа «Джеймс Уэбб» показали один из возможных механизмов: такие фотоны могут эффективно выходить из области звездообразования, возникшей в «приливном хвосте» во время слияния галактик.
Речь идёт о фотонах Лаймановского континуума (LyC) — высокоэнергетическом ультрафиолетовом излучении, способном ионизировать атомы водорода. В первые 1 млрд лет существования Вселенной именно такое излучение от молодых звёзд постепенно ионизировало межгалактический газ. Одним из возможных источников большого количества LyC считались слияния галактик: сильное гравитационное взаимодействие сжимает и перемешивает межзвёздный газ, провоцируя интенсивное звездообразование. При этом между взаимодействующими галактиками могут формироваться приливные хвосты — вытянутые потоки газа и звёзд. В отдельных участках таких структур за короткое время рождается большое количество молодых звёзд, а быстро расходующийся окружающий газ перестаёт эффективно поглощать их высокоэнергетическое излучение.
Для проверки этой гипотезы группа из Университета Китайской академии наук и Национальных астрономических обсерваторий Китайской академии наук изучила 2 кандидата в источники утечки LyC — LACES94460 и LACES104037. Объекты находятся при красном смещении z = 3,1, то есть наблюдатель сегодня видит их такими, какими они были около 2 млрд лет после Большого взрыва. Кандидатов ранее обнаружили в рамках проекта LACES (LymAn Continuum Escape Survey) по данным космического телескопа «Хаббл». Новые спектроскопические наблюдения проводились с помощью NIRSpec IFU «Джеймса Уэбба» — прибора, который позволяет получать спектры отдельных областей объекта с высокой пространственной детализацией.
Фрагмент научной симуляции эпохи реионизации. Источник: M. Alvarez, R. Kaehler, and T. Abel / ESO
Наблюдения показали, что один из кандидатов совершенно не является источником утечки LyC. Сигнал LACES94460 оказался загрязнён данными с расположенного на переднем плане объекта с меньшим красным смещением z = 1,6. Спектроскопия позволила однозначно отделить этот объект от далёкой галактики и исключить первоначальную интерпретацию. С LACES104037 ситуация оказалась противоположной: «Джеймс Уэбб» подтвердил настоящее ионизирующее излучение, причём оно исходит не из основной части галактики, а из отдельного звёздного сгустка LACES104037-LyC, расположенного в приливном хвосте между двумя взаимодействующими галактиками.
LACES104037 находится на ранней стадии слияния: основные галактики разделены примерно 39 000 световых лет и имеют проецируемую разницу скоростей около 480 км/с. Источник LyC расположен в соединяющей их приливной структуре. Моделирование данных «Джеймса Уэбба» и предыдущих фотометрических наблюдений показало, что звёздному сгустку около 5 млн лет. Это очень молодая область звездообразования, и, согласно модели, около 99% фотонов Лаймановского континуума покидают её, а не поглощаются окружающим веществом.
Именно расположение источника делает наблюдение особенно важным для понимания механизма утечки. LACES104037-LyC стал первым спектроскопически подтверждённым на большом красном смещении источником LyC, который находится в отдельном звездообразующем сгустке за пределами основного тела галактики. Ранее подобные процессы было сложно уверенно идентифицировать из-за ограниченной пространственной и спектральной разрешающей способности наблюдений: сигнал отдалённой галактики мог смешиваться с данными объектов, расположенных ближе к Земле. В данном случае данные NIRSpec позволили не только подтвердить саму утечку, но и определить конкретную область, из которой выходит излучение.
Результат поддерживает сценарий, в котором слияния галактик могли быть существенным источником ионизирующих фотонов во время реионизации. При этом авторы подчёркивают необходимость дальнейших наблюдений: для понимания физики утечки требуется разрешать отдельные области звездообразования. Работа также показывает ограниченность подходов, которые оценивают вклад галактик в реионизацию только по их общей ультрафиолетовой светимости: они не учитывают сложные локальные процессы вроде выхода LyC из звёздных сгустков в приливных хвостах. Новые наблюдения «Джеймса Уэбба» позволяют постепенно включать такие процессы в картину того, как Вселенная перешла из нейтрального состояния к ионизированному.
© iXBT
