Международная группа астрономов обнаружила нейтральный газ в четырёх галактиках, существовавших спустя 700–800 млн лет после Большого взрыва. Наблюдения провели с помощью комплекса ALMA (Большая миллиметровая и субмиллиметровая решётка) на севере Чили. Результаты исследования опубликованы в The Astronomical Journal и помогают уточнить условия, в которых появились первые звёзды.
Нейтральный газ состоит из атомов, ещё не подвергшихся воздействию излучения звёзд. Он практически не испускает ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный свет, поэтому его нельзя напрямую изучать с помощью космических телескопов «Джеймс Уэбб» и «Хаббл». Для поиска вещества учёные использовали спектроскопические возможности ALMA и анализировали линии излучения на определённых длинах волн.
Во всех четырёх галактиках исследователи зарегистрировали линию нейтрального кислорода [O I] с длиной волны 145 мкм. Одновременно они искали признаки ионизированного газа по линии [N II] с длиной волны 205 мкм, однако обнаружили лишь небольшие его количества либо не нашли вовсе. Это позволило отнести наблюдаемое вещество преимущественно к нейтральному газу.
Сопоставление данных ALMA с наблюдениями «Джеймса Уэбба» показало, что в древних галактиках звёзды располагались значительно плотнее, чем в современных. В ранней Вселенной области звездообразования были компактными, поэтому расстояния между звёздами оказывались меньше, чем в галактиках, существующих сегодня. Таким образом, первые галактики могли формировать звёзды в условиях особенно тесного скопления вещества.
Удалённость объектов определяли по красному смещению — показателю, связанному с расширением Вселенной. Для четырёх галактик его значения составили от z = 6,58 до z = 7,68, что соответствует примерно 850 и 700 млн лет после Большого взрыва соответственно. В тот период Вселенной было около 5–6% от её нынешнего возраста, а расстояния и скорость удаления галактик оценивали по спектральным линиям известных элементов, включая кислород, водород и азот.
«Мы планируем расширить эти наблюдения на более крупную выборку галактик и, объединив ALMA с JWST и другими инструментами, создать целостную картину того, как галактики формировались и развивались от космического рассвета до наших дней», — заявил ведущий автор работы, доцент Центра передовых исследований Университета Тиба в Японии Ёсинобу Фудамото, слова которого приводит EurekAlert. По его словам, такие исследования помогают ответить на один из фундаментальных вопросов человечества — как Вселенная и Млечный Путь приобрели современный вид.