Учёные нашли новые следы того, что уже через около 500 миллионов лет после Большого взрыва окружающие первые галактики газы содержали не только водород и гелий, но и более тяжёлые элементы, такие как углерод и кислород. Ранее считалось, что к тому времени вещества вокруг молодых галактик в основном оставались «чистыми»? почти pristine, однако новые наблюдения ставят под сомнение эту картину. Исследование возглавляли астрономы Университета Аризоны и опубликовано в Nature Astronomy. По словам учёных, касающиеся этих ранних эпох галактики уже выбрасывали тяжёлые элементы в соседнее пространство и тем самым могли заражать другие образования. Источником заметной части элементов выступали не только сами звёзды, но и процессы их эволюции. (ID источника: 1,2)

Для изучения давних времён исследователи воспользовались тройкой крайне удалённых галактик, чья световая эволюция зафиксирована более чем на 13 миллиардов лет. Эти объекты видны как примерно в момент 500 миллионов лет после Большого взрыва, в эпоху пересыления нейтрального водорода ультрафиолетовым излучением. Именно во время этой эпохи происходило перераспределение энергии и конец «тёмных веков» за счёт ионизации газа между галактиками. Объекты служили фоном, через который свет прохождение газовых слоёв позволило увидеть конкретные признаки тяжёлых элементов. (ID источника: 8,9,11)

Зу и его коллеги вручную проанализировали спектры JWST и обнаружили три галактики, у которых был смещённая в сторону более коротких волн абсорбция, указывающая на присутствие углерода, кислорода и кремниевых элементов. Эти сигнатуры показывали, что газ движется outward из галактик, неся тяжелые элементы в межгалактическое пространство. Несмотря на юность объектов, их химический «пейзаж» выглядел аналогично тем же элементам, которые позже встречаются у гораздо более зрелых галактик. (ID источника: 13,14,15)

Учёные назвали явление «ба́рионный цикл» — обмен материалами в рамках галактик и их окружения — важной частью формирования и эволюции галактической экосистемы. Результаты показывают, что галактики не изолированы, а взаимодействуют с окружающим пространством, и что материалы, созданные звёздами, повторно используются и перераспределяются. Это может помочь объяснить загадку с звёздами Population III — гипотетическими звёздами первого поколения, формировавшимися из чисто водорода и гелия. Если галактики уже обогатили близкое пространство к 500 миллионам лет после Большого взрыва, «чистое» газовое состояние могло исчезнуть быстро, и эти первые звёзды могли не сохраняться долго для наблюдений. (ID источников: 18,19,20,21)

«Если вначале у вас vanilla-мороженое, а затем быстро вмешиваются посыпки, вскоре уже не останется чистой ванильной массы», — пояснил Зу. По его словам, подобно тому, как цвет пропитывает воду, тяжёлые элементы из галактик первобытной эпохи начали просачиваться в окружающее пространство и «обогащать» его. Работа подчёркивает, что тяжёлые элементы уже на ранних этапах вселенной появляются и распространяются, а сами галактики вовремя становятся частью более крупной космической экосистемы. (ID источника: 16,21)