Как могла такая ранняя галактика иметь достаточно энергии, чтобы питать такое огромное облако светящегося газа? В поисках ответа на этот вопрос Ричард Эллис, семейный профессор астрономии Стил в Калифорнийском технологическом институте, вместе с коллегами из Токийского университета и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики предпринял исследование Химико, используя объединенные ресурсы телескопа Хаббла. Космический телескоп и новая большая миллиметровая / субмиллиметровая антенная решетка Атакама (ALMA) в пустыне Атакама в Чили. Данные, собранные в ходе этих наблюдений, ответили на первоначальный вопрос об источнике энергии, питающей Химико, но также выявили некоторые загадочные данные.
Изображения Хаббла, получающие оптический и ультрафиолетовый свет, показывают три звездных сгустка, покрывающих пространство в 20 000 световых лет. Каждый сгусток размером с типичную светящуюся галактику, относящуюся к эпохе Химико.
Вместе сгустки достигают невероятной скорости звездообразования, эквивалентной примерно сотне солнечных масс в год. Этого более чем достаточно, чтобы объяснить существование Химико и его газового ореола. Наблюдение за тремя звездными скоплениями само по себе является захватывающим, поскольку означает, что Химико представляет собой «тройное слияние», что, по словам Эллиса, является «чрезвычайно редким событием».Но удивительная аномалия возникла, когда Химико наблюдала ALMA.
Хотя гигантское газовое облако изобиловало энергией в ультрафиолетовом и оптическом диапазонах, оно было сравнительно сонным в субмиллиметровом и радиодиапазонах, которые обнаруживает ALMA. Обычно интенсивное звездообразование создает пылевые облака, состоящие из таких элементов, как углерод, кислород и кремний, которые тяжелее по сравнению с водородом и гелием в ранней Вселенной. Когда эти пылевые облака нагреваются ультрафиолетовым светом, излучаемым развивающимися звездами, пыль переизлучает ультрафиолетовый свет во Вселенную на радиоволнах.
Но ALMA не получил значительных радиосигналов от Химико, что говорит об отсутствии более тяжелых элементов. Также отсутствовала спектральная характеристика, связанная с эмиссией газообразного углерода, что также характерно для галактик с интенсивным звездообразованием.Оба этих необнаружения — значительных радиоволн и газообразного углерода — вызывают недоумение, поскольку углерод обычно быстро синтезируется в молодых звездах.
Действительно, эмиссия углерода до сих пор рекомендовалась в качестве индикатора звездообразования в далеких галактиках. Но, как обнаружили Эллис и его коллеги-астрономы, Химико не содержит пылевых облаков из более тяжелых элементов, которые астрономы находят в типичных энергетических галактиках. Вместо этого его межзвездный газ состоит из водорода и гелия — примитивных материалов, образовавшихся в результате самого Большого взрыва.Эллис и его коллеги-астрономы не сразу пришли к такому выводу.
Сначала они тщательно исключили несколько других возможных объяснений Химико, в том числе то, что гигантская капля создается увеличением объекта на переднем плане с помощью явления, известного как гравитационное линзирование, или подпитывается массивной черной дырой в его центре. В конце концов, команда пришла к выводу, что Химико, скорее всего, является изначальной галактикой, захваченной в момент своего образования между 400 миллионами и 1 миллиардом лет после Большого взрыва, период, который астрономы называют космическим рассветом.
«Астрономы обычно возбуждаются, когда обнаруживают сигнал от объекта, — говорит Эллис, — но в данном случае отсутствие сигнала от тяжелых элементов является самым захватывающим результатом!»Работа финансировалась НАСА за счет гранта Научного института космического телескопа, Инициативы Всемирного ведущего международного исследовательского центра (Инициатива WPI) и Японского общества содействия науке (JSPS).
