Прынцыповая схема гісторыі Сусвету, якая вылучае рэіянізацыю, якая адбываецца ўсур'ёз толькі пасля ўтварэння першых зорак і галактык. Да таго, як утварыліся зоркі ці галактыкі, Сусвет была поўная святлаабладальных нейтральных атамаў. У той час як большая частка Сусвету не рэанімуецца да 550 мільёнаў гадоў пасля гэтага, некалькі шчаслівых рэгіёнаў у асноўным рэанімаваліся ў больш раннія часы. Крэдыт малюнкаў: С. Г. Джоргоўскі і інш., Каліфарнійскі цэнтр лічбавых медыя

5 дзіўных фактаў пра першыя галактыкі ў Сусвеце

Хоць мы ніколі іх не бачылі, вось што мы ўжо ведаем.

"Раптам адкрываюцца цэлыя новыя праграмы, якія вы можаце зрабіць, чаго ніколі раней не рабілі. Было б цудоўна па-навуковаму, гэта было б выдатна для нацыі, для выкладчыкаў, для студэнтаў, і гэта было б проста выдатна для грамадства ў цэлым. " -Гарт Ілінгворт

Адзін з самых характэрных фактаў пра наш Сусвет - тое, што ён не існуе вечна. Згусткі і навалы матэрыі, якую мы бачым - планеты, зоркі, газавыя аблокі, галактыкі і шмат іншага - выраслі з дробных кавалачкаў матэрыі, якія гравітацыйна выраслі і зліліся з цягам часу. Калі мы паглядзім на аб'екты на большых і вялікіх адлегласцях, святло ад іх займае больш часу, каб дасягнуць нашых вачэй, а гэта азначае, што прыходзіць сёння святло выпраменьвалася мільёны і нават мільярды гадоў таму. Калі мы глядзім назад у космас, мы таксама азіраемся назад у часе. У нейкі момант мы дасягнем такой вялікай адлегласці, што тады яшчэ не было зорак і галактык. Хоць касмічны тэлескоп Джэймса Уэба спатрэбіцца для таго, каб прагледзець гэтыя самыя першыя галактыкі, ёсць пяць дзіўных фактаў, якія мы ўжо ведаем, і пра гэтыя самыя далёкія аб'екты павінны быць сапраўднымі.

Як паказана на гэтай ілюстрацыі, пратапланетарныя дыскі, якія, як мяркуецца, ствараюць усе сонечныя сістэмы, зліваюцца на планеты. Аднак, калі Сусвет складаецца толькі з вадароду і гелія, могуць утварацца толькі газападобныя планеты, а не скалістыя. Малюнак: NAOJ.

1.) У першых зорак і галактык няма камяністых планет. Кожны раз, калі вы ўтвараеце зоркі з малекулярнай хмарнай хмары, вы можаце цалкам чакаць, што гэты газ будзе фрагментавацца на цэлыя камякі, якія растуць рознымі тэмпамі ў залежнасці ад таго, наколькі вялікія яны для пачатку і што яшчэ знаходзіцца ў іх ваколіцах. У вялікіх газавых аблоках будуць расці зоркі і планеты самых розных памераў, але нават самыя маленькія сусветы, якія першай формы будуць выраблены выключна з газу: вадарод і гелій. Без папярэдніх пакаленняў зорак не бывае больш цяжкіх элементаў, якія ўтвараюць цвёрдыя целы, такія як скалістыя планеты ці луны. Могуць утварацца невялікія шарыкі газу, але калі гэтыя зорачкі запаляцца, яны будуць проста спалены ў міжзоркавую прастору іянізуючым выпраменьваннем першых ядзерных пажараў у Сусвеце.

Галактыкі, супастаўныя з сучасным Млечным Шляхам, шматлікія, але маладзейшыя галактыкі, падобныя на Млечны Шлях, па сутнасці сваёй меншыя, больш блакітныя і багатыя ў цэлым па газу, чым галактыкі, якія мы бачым сёння. Для першых галактык усё гэта даводзіцца да крайнасці. Малюнак: NASA і ESA.

2.) Самыя раннія галактыкі малюсенькія ў параўнанні з тымі, якія мы маем сёння. Калі з’яўляюцца першыя нейтральныя атамы ў форме Сусвету, яны ўжо так зліваюцца, прычым злёгку, у вобласці перанапружання і недастатковай шчыльнасці. Змяшчаючы дзесьці ад некалькіх сотняў тысяч да некалькіх мільёнаў сонечных мас, яны ўтвараюць насенне першых зорных кластараў. За, магчыма, 50–200 мільёнаў гадоў, гравітацыя прыводзіць да таго, што гэтыя першыя газавыя аблокі руйнуюцца і ўтвараюць самыя першыя зоркі. Калі кластарныя зоркі пачынаюць гравітацыйна злівацца, адбываецца хуткае ўтварэнне зорак, і менавіта ў гэты момант мы можам пачаць казаць, што мы стварылі першыя галактыкі Сусвету. Хоць яны могуць быць толькі маленечкай часткай масы Млечнага Шляху, магчыма, 0,001% такой масіўнай, як і мы, на самой справе гэта галактыкі, якія змяшчаюць зоркі, зорныя навалы, планеты, газ, пыл і нават арэолы цёмнай матэрыі.

Глыбокае поле Hubble eXtreme - наш глыбокі погляд Сусвету на сённяшні дзень, які паказвае галактыкі з таго часу, калі Сусвет складала ўсяго 3–4% ад свайго цяперашняга ўзросту. Гэта, аднак, абсалютная мяжа таго, як далёка можа ісці Хабл; больш часу для назірання дазволіць выявіць слабыя галактыкі, але не больш далёкія. Малюнак: НАСА; ESA; Г. Ілінгворт, Д. Мэгі і П. Эш, Універсітэт Каліфорніі, Санта-Крус; Р. Бувенс, Лейдэнскі універсітэт; і каманда HUDF09.

3.) Нават калі б Хабл назаўсёды глядзеў у далёкую Сусвет, ён ніколі не ўбачыць гэтых першых галактык. Святло, якое гэтыя галактыкі выпраменьваюць, павінна быць падобным на святло, выпраменьванае нядаўна ўтвараючымі сёння зоркамі. Калі галактыка ўтвараецца ўпершыню, яна павінна быць поўнай гарачых, яркіх, нядоўгіх сініх зорак, якія дамінуюць над свяцільнасцю ўсіх астатніх. Але ў адрозненне ад бліжэйшых галактык, святло ад гэтых самых ранніх патрабуе велізарнага касмічнага падарожжа - таго, што з нашага пункту гледжання займае 13 мільярдаў гадоў - каб дасягнуць нашых вачэй. За гэты час Сусвет пашыраецца, у выніку чаго даўжыня хвалі гэтага першапачаткова ўльтрафіялетавага святла пераходзіць у бачнае, скрозь інфрачырвонае і ў сярэдняе інфрачырвонае ўчасткі спектра. Нават калі Хабл, які можа разглядаць святло даволі далёка ў бліжэйшы інфрачырвоны, глядзеў на неба назаўсёды, ён ніколі не змог бы выявіць галактыкі да чырвонага зруху ад 15 да 25, дзе, як чакаецца, ляжаць першыя. Для гэтага нам патрэбен Джэймс Уэбб.

Кластар RMC 136 (R136) у туманнасці Тарантула ў Вялікім Магеланавым воблаку - гэта самыя масіўныя зоркі. R136a1, найвялікшы з іх, больш чым у 250 разоў перавышае масу Сонца. Крэдыт малюнка: Еўрапейская паўднёвая абсерваторыя / Р. Crowther / CJ Evans.

4.) Самыя масавыя зоркі ў Сусвеце існавалі толькі ў самыя раннія часы. Сёння, калі мы зазірнем углыб ультрамасіўнага зоратваральнага рэгіёна, мы разлічваем знайсці яркія, самыя свяцільныя і самыя масіўныя зоркі з усіх. Самая вялікая ў нашай лакальнай групоўцы туманнасць Тарантула (уверсе) у спадарожнікавай галактыцы Млечнага Шляху ўтрымлівае шмат сотняў тысяч матэрыялаў сонечных мас, а таксама самая масавая зорка: R136a1. Прыблізна ў 260 разоў больш за масу нашага Сонца, гэта самая масіўная зорка, калі-небудзь выяўленая. Але ён таксама загружаны элементамі, якія паднімаюцца высока ўверх перыядычнай табліцы, падобна да нашага ўласнага Сонца, якое душыць пачатковы рост масіўных зорак. Паколькі яны былі зроблены толькі з некранутага вадароду і гелія, першыя зоркі не хапалі гэтага падаўлення і змаглі вырасці да яшчэ большай масы. Наколькі яны вялікія? У 500 разоў масіўней за Сонца? 1000 разоў? 2000 разоў? З невялікім поспехам Джэймс Уэбб навучыць нас адказу.

Паглынанне святла міліметровай даўжыні хвалі, выпраменьваемага электронамі, свісцячы вакол магутных магнітных палёў, згенераваных звышмасіўнай чорнай дзіркай галактыкі, прыводзяць да цёмнай плямы ў цэнтры гэтай галактыкі. Цень паказвае на тое, што на чорнай дзірцы дажджы халодныя хмары малекулярнага газу. Такія звышмасіўныя чорныя дзіркі ці, прынамсі, насенне іх трэба знайсці ў першых галактыках Сусвету. Крэдыт малюнка: NASA / ESA & Hubble (сіні), ALMA (чырвоны).

5.) Першыя звышмасіўныя чорныя дзіркі павінны з'явіцца ў гэтых першых галактыках амаль з моманту іх нараджэння. Парадаксальна, чым больш масіўная зорка, тым карацей будзе яе жыццё. Самыя масавыя зоркі жывуць усяго за некалькі мільёнаў гадоў, перш чым альбо звышновай, альбо непасрэдна руйнуюцца; у любым выпадку яны ствараюць масіўныя чорныя дзіркі. Гэтыя чорныя дзіркі хутка мігруюць у цэнтр галактык, дзе яны зліваюцца паміж сабой і разрастаюцца матэрыі, становячыся насеннем звышмасіўных чорных дзір, якія мы бачым сёння. Гэтыя самыя раннія галактыкі, нават калі яны ўпершыню становяцца бачнымі, могуць утрымліваць чорныя дзіркі ў сотні, сотні і нават мільёны разоў масіўнейшыя за наша Сонца, параўнальныя з чатырма мільёнамі сонечнай масы, прысутнай у цэнтры Млечнага Шляху. Гэтыя аб'екты павінны быць там, і Джэймс Уэбб проста можа паказаць нам, наколькі яны сапраўды масавыя.

Маштабная структура Сусвету змяняецца з цягам часу, калі малюсенькія недасканаласці ўзрастаюць, утвараючы першыя зоркі і галактыкі, затым зліваюцца разам, утвараючы вялікія сучасныя галактыкі, якія мы бачым сёння. Гледзячы на ​​вялікія адлегласці выяўляе маладзейшы Сусвет, падобны да таго, як быў наш мясцовы рэгіён у мінулым. Малюнак: Крыс Блэйк і Сэм Мурфілд.

Памятайце, гэтыя звышдалёкія, ультра-маладыя і звышмаленькія галактыкі не застаюцца такім чынам. У пэўны момант даўно кожная суседняя галактыка, якую мы бачым сёння, не так ужо і адрознівалася ад гэтых самых першых, якія мы выявім, пачынаючы крыху больш за год, калі запускае і разгортваецца Джэймс Уэбб. Першыя, якія ўтварыліся, гравітацыйна выраслі самыя хуткія, і таму да часу, якому яны дасягнулі 13,8 мільярда гадоў, яны будуць прыцягваць усё больш і больш матэрыі, і яны, верагодна, будуць гіганцкімі спіралямі альбо эліптыкамі ў сваіх групах і кластарах, шмат як мы. У цяперашні час у нас няма магчымасці ведаць, якім быў бы наш уласны Млечны Шлях у любых падрабязнасцях. У рэшце рэшт, вялікім злачынствам Сусвету з'яўляецца тое, што мы можам бачыць яго толькі сёння, у адзін пэўны момант часу. Нягледзячы на ​​ўсю касмічную гісторыю таго, што адбылося, калі гаворка ідзе пра тое, дзе мы зараз знаходзімся, адзіныя рэчы, якія мы ведаем, - гэта тыя, хто выжыў.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан напісаў дзве кнігі: Beyond The Galaxy, іTreknology: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive.