Коли утворилися перші галактики?
В останні десятиліття у астрономів склалося стійке уявлення про еволюцію ранньому Всесвіті і появі перших зірок і галактик. Через 370 000 років після Великого вибуху температура розширюється універсуму впала до такої міри, що протони й електрони змогли почати освіту нейтральних атомів. Так виник ще неіонізовану газ, поглинає випромінювання, - епоха, яку прийнято називати «темними віками».
Спочатку такий газ був майже ідеально рівномірно розподілений в просторі. Але потім гравітація посилювала нерівномірності в його розподілі, і всього через кілька сот мільйонів років газ приступив до формування перших зірок, з яких з`являться і перші галактики:
Випромінювання першого покоління світил іонізованого решта газу Всесвіту, довівши її приблизно до тієї стадії, в якій ми зараз живемо. Так закінчилися «темні століття» ...
Насправді, зрозуміти, що відбувається після початку утворення зірок і до закінчення «темних віків», досить важко. Їх формування запустило ланцюжок дуже складних для моделювання процесів: розігрів і охолодження хмар газу, вибухи наднових, поглинання матерії першими чорними дірами, найпотужніші зоряні вітри ... Занадто багато факторів стало впливати на картину, щоб її можна було назвати до кінця зрозумілою.
Краще зрозуміти, що відбувалося допомагали спостереження. І в 2009 році астрономам здавалося, що такі спостереження вже почалися. За допомогою знімків, зроблених «Хабблом», були знайдені спочатку пара десятків, а потім і більше тисячі дуже ранніх галактик, багато з яких належали до першого мільярду років після Великого вибуху. Очевидно, вони повинні були утримувати молоді зірки блакитного кольору, і, здається, саме їх відшукали вчені, які аналізували ті знімки. Але через декілька років група під керівництвом Річарда Елліса (Richard Ellis) з Каліфорнійського технологічного інституту в Пасадені (США) зробила ще одні спостереження частини таких галактик, скориставшись додатковим колірним фільтром, із загальним часом експозиції, рівним 23 діб ...
Багато ранніх галактики, зафіксовані «Хабблом», при найближчому розгляді виявилися не такими вже й ранніми. (Тут і нижче ілюстрації NASA, ESA, R. Ellis (Caltech), UDF 2012 Team.)
...І переконалася, що фактично зірки цих галактик були червоно, ніж показали дослідження по знімках 2009 року. Багато червоно! Галактики, що з`явилися через 560-780 млн після Великого вибуху, виявилися що складаються з зірок віком в 100-200 млн років. Коли на початку 2013 року ці дані стали доступні астрономічної громадськості, посипалися здивовані питання. Справа в тому, що одночасно була опублікована інформація, що свідчила: реіонізаціі почалася лише через 250 млн років після Великого вибуху, а закінчилася (для водню) через 1 млрд років. До реіонізаціі зоряний світ не міг вільно поширюватися по Всесвіту. Але накопичені дані по найдавнішим галактик того часу просто не давали для цього підстав!
За всіма розрахунками, видимого їх кількості не повинно було вистачити для проведення реорганізації: занадто мало випромінювання вони давали. Очевидно, уклали Річард Елліс і його колеги, є ще багато галактик, які ми з тих чи інших причин поки не бачимо. «Тепер ми знаємо, що існує ціла популяція малих галактик, що відноситься до ще більш ранніх часів, ніж ті, що доступні« Хабблу », - впевнений астроном. Звідси випливає, що вони повинні були з`явитися раніше 560 млн років після Великого вибуху, що дуже дивно: коли ж газ встиг сформуватися в перші протозвёздние хмари?
Є й інші питання. Перші зірки, згідно сьогоднішніми теоріям, мали в своєму розпорядженні чи не один тільки водень і лише трохи гелію, тобто їх маса повинна була в сотню разів перевищувати сонячну, інакше термоядерні реакції без більш важких речовин, службовців «каталізаторами», просто не почалися б.
Зліва направо, зверху вниз: протони й електрони утворили атоми (рекомбінація), потім зірки іонізували газ (реіонізаціі). Між цими подіями утворилися найперші галактики, і, можливо, в 2013 році ми навіть дізнаємося, коли саме.
Час життя таких гігантів не повинно було перевищувати 2 млн років, після чого вони неминуче зникали у вибухах наднових. Але ось біда: виходить, що такі вибухи саме в ту епоху відбувалися з прямо-таки шаленою частотою, що позначалося б на хмарах міжзоряного газу, що утворювали нові світила. Але ж їм і так в бозна-які стислі терміни потрібно було утворити галактики - швидше, ніж за півмільярда років після Почала Всього. Очевидно, одна частина цієї картини прямо суперечить іншій: зірки першого покоління ніяк не могли дозволити швидкого формування нових світил і галактик.
Як зазначає теоретик Фолькер Бромма (Volker Bromm) з Техаського університету в Остіні (США), якщо галактики, що існували через півмільярда років і вже спостерігалися «Хабблом», мають зірки, яким від ста мільйонів років і більше, то очевидно, що між смертю першого покоління зірок і формуванням другого повинно пройти або надзвичайно малий час, або ... нульовий час. Більш того, вважає він, ці два покоління частково могли навіть одночасно існувати.
Отже, історія Всесвіту, схоже, відпустила їй занадто мало часу на освіту перших зірок і галактик. Так що цілісне бачення еволюції ранньому Всесвіті, що існувала до спостережень "Хаббла", вперше поставлено під сумнів.
Правда, до кінця цього року радіоінтерферометр ALMA, що працює в міліметровому діапазоні (в який завдяки червоному зсуву потрапляє ІК-випромінювання газових хмар ранньому Всесвіті), введе в дію досить своїх елементів, щоб побачити сліди галактик, що існували всього через 425 млн років після Великого вибуху . І якщо це так, наше розуміння природи перших зірок і галактик очікують суттєві зрушення.
