Астрономы нашли объяснение загадке ярких галактик в ранней Вселенной: мощное ультрафиолетовое излучение молодых звезд действовало как листодув, выбрасывая светопоглощающий газ и пыль из галактик и делая их ярче. Результаты исследования ученых из Института Флэтайрон в Нью-Йорке и Техасского университета в Далласе опубликованы в научном издании The Astrophysical Journal.
Когда телескоп «Джеймса Уэбба» сделал снимки ранней Вселенной, астрономы заметили странность: избыток ярких галактик. Судя по знаниям о ранней Вселенной, в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва такие галактики должны были встречаться гораздо реже. Новые симуляции показали, что мощное ультрафиолетовое излучение, известное как радиация Лайман-альфа, разгоняло газ и пыль, позволяя видеть звезды намного четче.
Радиация Лайман-альфа возникает при столкновении электрона с атомом водорода или при соединении электрона с ионом водорода. Когда такое излучение попадает в газ или пыль, материал поглощает энергию и отскакивает от удара, как ловушка бейсбольного кэтчера, принимающая фастбол. Этот эффект выбрасывает вещество наружу, оставляя меньше материала для формирования звезд. Астрономы задавались вопросом, может ли в экстремальных случаях эффект быть настолько сильным, чтобы остановить звездообразование.
«Мы очень давно знаем, что радиация Лайман-альфа может быть важна, потому что она несет большую силу. Но мы никогда не могли оценить, насколько она важна в реалистичной среде, потому что ее очень сложно моделировать», — говорит Шьям Менон, научный сотрудник Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон и ведущий автор исследования.
Шьям Менон из Центра вычислительной астрофизики Института Флэтайрон и его коллега Аарон Смит из Техасского университета в Далласе проанализировали снимки существующей симуляции области звездообразования ранней Вселенной, чтобы рассчитать силу давления радиации Лайман-альфа на газ и пыль. Результаты показали, что в плотной среде давление излучения недостаточно сильно, чтобы противостоять гравитации: вещество оставалось связанным со звездным питомником. Однако в пространстве между звездами, где газ менее плотный и гравитация ниже, радиация побеждала гравитацию.
«Когда плотность достаточно низкая, радиация Лайман-альфа может разгонять газ до очень высоких скоростей, запуская взрывные ветры, которые выбрасывают вещество прочь из галактики», — уточнил Менон.
Этот эффект, вероятно, и делает ранние галактики ярче: радиация разгоняет рыхлый газ и пыль между звездами и расчищает линию обзора.
По словам Менона, это только верхушка айсберга: нужны дальнейшие исследования природы пыли в ранней Вселенной и симуляции, которые самосогласованно учитывали бы радиацию Лайман-альфа, потоки газа и звездообразование.
Ранее ученые воссоздали первые два миллиарда лет истории Вселенной.