Древние галактики указали на необычайно раннее «осветление» Вселенной

Снимки самых ранних галактик Вселенной, которые получил космический телескоп NASA «Спитцер», показывают избыток инфракрасного излучения. Из этого следует, что такие галактики были разогреты какими-то источниками ионизирующего излучения. Что это за источники, астрономы пока не знают.

Сразу после Большого взрыва Вселенная начала расширяться и остывать. Через 380 000 лет она остыла до 3000 кельвинов. При этой температуре электроны и протоны замедлились достаточно, чтобы образовать водород. Электроны и альфа-частицы, соответственно, тогда же образовали менее распространенный гелий. После этого, как астрофизики считали до недавнего времени, наступили Темные века — эпоха, когда газ, непрозрачный для электромагнитного излучения, практически полностью поглощал любое излучение. Поэтому любой наблюдатель, живи он в то время, увидел бы лишь темное пространство во всех направлениях.

Предположительно, Темные века длились примерно 550 миллионов лет, до тех пор, пока излучение от первых звезд не ионизировало основную массу вещества настолько, чтобы Вселенная снова стала в основном прозрачной для излучения. Этот момент называют эпохой реионизации. Ранее наблюдения отдельных древних галактик показывали, что, возможно, эта эпоха закончилась чуть ранее 550 миллионов лет назад. Однако эти результаты часто критиковали на основании того, что по отдельным «ранним» галактикам некорректно судить о состоянии тогдашней Вселенной в целом.

Однако данные космического телескопа «Спитцер» показали, что на самом деле все могло быть немного не так. Согласно снимкам телескопа, уже первые галактики Вселенной, существовавшее менее миллиарда лет тому назад, излучали на нескольких длинах волн, соответствующих инфракрасной части спектра, сильнее, чем должны были исходя из описанной хронологии реионизации. Для этого вещество таких галактик должно было нагреться до состояния ионизации, то есть чтобы электронам хватало энергии для того, чтобы «срываться» с электронных оболочек атомов. Конкретные длины волн, на которых излучает такое ионизированное вещество, зависит от его химического состава.

По длинам зарегистрированных волн «Спитцер» обнаружил избыток ионизированного водорода и кислорода в 135 галактиках, образовавшихся не позже миллиарда лет после Большого взрыва. Эта выборка достаточно большая, чтобы исключить случайный характер наблюдений. Получается, это было нормой для всей ранней Вселенной.

Между тем, по существующим представлениям об эволюции самых древних галактик, звезд в них было недостаточно для того, чтобы вызвать ионизацию нужной силы. Вероятнее всего, за них это в большой степени сделали квазары — ядра галактик, активно излучающие за счет тогО, что сверхмассивные дыры в их центре интенсивно «пожирают» вещество.

Следует отметить, что масса сверхмассивных черных дыр в первый миллиард лет после образования Вселенной должна быть меньше. Соответственно, для ионизации водорода и кислорода, которую наблюдал «Спитцер», «прожорливости» этим объектам тоже не хватило бы. Вероятно, эти черные дыры быстро набрали массу благодаря каким-то пока неизвестным механизмам.