Долгое время астрономы представляли себе раннюю Вселенную почти стерильно чистой: водород, гелий и почти ничего больше. Но последние исследования показали совершенно иную картину. Всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва первые галактики уже разбрасывали по космосу углерод, кислород и другие тяжелые элементы - «строительные блоки» планет и жизни. К такому неожиданному выводу пришли астрономы из Университета Аризоны, проанализировав данные телескопа «Джеймс Уэбб».

Не такая уж чистая молодость космоса

Ранее считалось, что в эпоху космического рассвета газ вокруг первых галактик оставался почти девственно чистым - в основном водород и гелий. Тяжелые элементы должны были появляться постепенно, по мере того как звезды проживали свои жизни и взрывались сверхновыми.

Новые наблюдения рисуют другую картину. Уже в то время, когда Вселенной было всего около 3% от ее нынешнего возраста, некоторые галактики активно производили углерод, кислород и кремний и выбрасывали их в окружающее пространство.

«Мы увидели, что тяжелые элементы покидали галактики очень, очень рано. Галактики не только производили эти элементы, но и рассеивали их, возможно, „засеивая“ другие галактики», - говорит ведущий автор исследования Йонда Чжу.

Как заглянули на 13 миллиардов лет назад

Команда изучила спектры трех чрезвычайно далеких галактик. Их свет шел до нас более 13 миллиардов лет. Чтобы разглядеть слабые линии поглощения, потребовалось почти 30 часов наблюдений «Уэбба».

Галактики сами послужили источником фонового света. Когда их излучение проходило через окружающий газ, оно оставляло характерные «отпечатки» - линии поглощения. Эти линии оказались смещены в синюю сторону относительно самих галактик. Значит, газ двигался наружу, унося с собой тяжелые элементы.

Поразительно, что химические «отпечатки» вокруг этих младенческих галактик оказались похожи на те, что наблюдаются у гораздо более зрелых систем миллиарды лет спустя.

Астрономы называют обмен веществом между галактиками и окружающей средой барионным циклом. Новое исследование показывает: этот круговорот заработал уже на самых ранних этапах.

«Представьте, что вы капаете пищевой краситель в стакан воды. Цвет начинает распространяться. Точно так же тяжелые элементы из первых галактик стали обогащать окружающее пространство», - отмечает Чжу.

Что это меняет в наших представлениях

Если газ вокруг галактик «загрязнился» так рано, то по-настоящему чистый материал - тот, из которого могли формироваться самые первые звезды (так называемые звезды населения III), исчезал очень быстро. Эти гипотетические объекты, состоявшие только из водорода и гелия, могли существовать недолго и потому оказались крайне редкими для наблюдений.

«Если начать с чистого ванильного мороженого и почти сразу начать подмешивать посыпку, то очень скоро найти чистое мороженое без добавок уже не получится», — образно поясняет Чжу.

Открытие заставляет заново взглянуть на то, как быстро Вселенная перестала быть химически примитивной. Если тяжелые элементы разлетались так рано, то «чистая» эпоха Вселенной оказалась куда короче, чем думали. А это в свою очередь означает, что условия для появления сложных химических соединений сложились практически сразу после рождения первых звезд.