Густі скупчення галактик вирізають бульбашку в ранньому Всесвіті

12 вересня 2026 р. 23:41

12 вересня 2026 р. 23:41

Астрономи, аналізуючи дані космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST), виявили в ранньому Всесвіті надщільне скупчення галактик. Ці галактики розташовані дуже близько одна до одної, активно взаємодіють і, ймовірно, вирізають у навколишньому нейтральному водні велику бульбашку іонізованого газу. Про результати розповідає матеріал Universe Today .

Йдеться про можливі перші спостережувані сліди космічної реіонізації — епохи, коли перші зорі й галактики «увімкнули світло» у Всесвіті, знову іонізувавши водень після тривалого темного періоду.

JWST і дивовижні галактики раннього Всесвіту

Після запуску JWST у грудні 2021 року телескоп швидко виправдав очікування. Одними з перших його відкриттів стали напрочуд яскраві й добре сформовані галактики, що існували вже через кількасот мільйонів років після Великого вибуху. Це суперечило тодішнім уявленням про темпи формування структур у Всесвіті.

Важливу роль у цих відкриттях відіграв огляд JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey) — глибоке екстрагалактичне дослідження, яке детально вивчає найвіддаленіші галактики. Новий результат також базується саме на даних JADES.

Кандидат на «надщільність» галактик у перші 500 млн років

У статті в The Astrophysical Journal команда під керівництвом Цзихао Ву (Zihao Wu) з Центру астрофізики Гарвард–Смітсонівського інституту описує «кандидата на надщільність галактик» у перші 500 мільйонів років після Великого вибуху.

Дослідники повідомляють про скупчення з 18 галактик на червоному зсуві z ≈ 10,5 у полі огляду GOODS-S. Це ко-мувінг група — тобто галактики рухаються разом у розширюваному Всесвіті, утворюючи дуже щільну структуру.

За оцінками авторів, густина числа галактик у цій ділянці приблизно вчетверо вища, ніж очікується для «звичайного» поля. На цю надщільну область припадає близько третини всіх порівняно яскравих галактик і майже 50% загальної швидкості зореутворення в цьому полі та діапазоні червоного зсуву.

У цьому скупченні більше галактик із близькими супутниками та внутрішніми підструктурами, ніж у середньому по полю, що вказує на активні взаємодії. Їхні зоряні маси та швидкості зореутворення дещо вищі, ніж у «польових» галактик, але все ще узгоджуються з очікуваннями для такого раннього етапу еволюції Всесвіту. Тобто це не «вибухові» фабрики зір, але вони працюють інтенсивніше за оточення.

Лінія Лаймана-альфа і сліди іонізованої бульбашки

Найцікавіша частина роботи пов’язана з випромінюванням Лаймана-альфа. Це ультрафіолетова спектральна лінія, яку випромінює водень, коли електрон переходить на нижчий енергетичний рівень. Молоді зорі випромінюють багато такого випромінювання, тому його часто бачать у галактиках із активним зореутворенням.

Однак у ранньому Всесвіті більшість водню була нейтральною, і фотони Лаймана-альфа легко розсіюються на такому газі. Через це астрономи зазвичай не очікують бачити сильний сигнал Лаймана-альфа до завершення реіонізації: випромінювання мало б або блокуватися, або сильно послаблюватися.

Попри це, у регіоні надщільності команда виявила передавання Лаймана-альфа, причому воно виявилося просторово змінним . За словами авторів, дані узгоджуються з формуванням бульбашки іонізованого водню радіусом близько 6 ко-мегапарсеків (cMpc).

Інтенсивність Лаймана-альфа вища в центрі скупчення і зменшується до його околиць. Такий малюнок відповідає сценарію, коли в ядрі надщільності фотони Лаймана-альфа легше проходять крізь уже іонізований газ, тоді як на периферії вони частіше розсіюються нейтральним воднем.

Це можна інтерпретувати як спостереження межі іонізованої бульбашки, яку «вирізають» галактики своїм випромінюванням у ще переважно нейтральному Всесвіті.

Можливий початок космічної реіонізації

Якщо така інтерпретація правильна, то надщільні скупчення галактик, подібні до цього, могли відігравати ключову роль у запуску космічної реіонізації. Їхнє колективне випромінювання здатне створювати окремі бульбашки іонізованого водню, які з часом розширюються та зливаються.

Автори підкреслюють, що висновки поки що попередні, адже ґрунтуються переважно на спектроскопічних даних. Щоб перевірити сценарій, команда планує нові спостереження цієї надщільності за допомогою JWST та радіоінтерферометра ALMA, зокрема в лініях водню H-альфа та двічі іонізованого кисню.

Такі вимірювання мають допомогти відтворити тривимірну структуру скупчення і безпосередньо перевірити його роль у реіонізації протягом перших 500 мільйонів років існування Всесвіту. Якщо результати підтвердяться, це може стати найранішим відомим прикладом іонізованої бульбашки, створеної скупченням галактик, і унікальною лабораторією для вивчення того, як Всесвіт «засвітився» після космічної темряви.

Наука