Наблюдения космического телескопа James Webb показали, что уже через 500 млн лет после Большого взрыва галактики не только формировали тяжёлые элементы, но и выбрасывали их в окружающее пространство. К такому выводу пришёл астроном Университета Аризоны Ёнда Чжу, изучивший инфракрасные данные о трёх древних галактиках. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Astronomy.
Эти объекты находятся более чем в 13 млрд световых лет от Земли и существовали в эпоху реионизации. В то время первые звёзды и галактики ионизировали водород вокруг себя, благодаря чему свет смог распространяться по Вселенной. Позднее звёзды начали погибать, передавая созданные в их недрах элементы окружающему газу.
Исследователь использовал сами галактики как источники фонового света. Пока излучение двигалось к Земле, оно проходило через газ вокруг галактик, а его спектр приобретал характерные линии поглощения. По этим признакам Чжу обнаружил углерод, кислород, кремний и другие элементы, которые тяжелее водорода и гелия.
Спектры трёх галактик также показали заметное синее смещение. Оно указывает, что обогащённый тяжёлыми элементами газ удалялся от галактик в направлении Земли. «Мы обнаружили, что тяжёлые элементы покидали галактики очень, очень рано в космической истории. Галактики не только производили эти элементы, но и распространяли их, возможно, засеивая другие галактики», — сказал Чжу.
Учёные считают, что источником химического обогащения могли быть первые звёзды, известные как звёзды населения III. Они были массивными, яркими и жили недолго, поэтому большинство из них уже исчезло. В их ядрах происходил синтез элементов, а звёздные ветры и взрывы сверхновых разносили эти вещества по космосу.
Так формировался барионный цикл — обмен веществом между звёздами и галактиками с последующим рождением новых поколений светил. Солнце относится к звёздам населения I, поэтому его вещество уже прошло через одну или несколько предыдущих звёзд. Обнаружение такого процесса на раннем этапе истории Вселенной показывает, что эффективное звездообразование началось вскоре после Большого взрыва.