С течением времени Вселенная становится более металлической: в свои молодые дни она состояла в основном из водорода и гелия. Но недавно исследователи обнаружили галактику, которая значительно опередила этот тренд и уже спустя миллиард лет после Большого взрыва накопила большое содержание металлов.
Почти все атомы, тяжелее гелия, возникают в звёздах — «кузницах космоса», которые превращают первородные вещества во множество разнообразных элементов, которые мы видим сегодня. Эти «кузницы» перерабатывают конечное количество водорода и гелия во Вселенной. В результате, общий запас водорода с течением времени уменьшается, в то время как пропорция более тяжёлых элементов (которые астрономы называют «металлами», независимо от их фактических металлических свойств) увеличивается. Когда астрономы оглядываются в прошлое и наблюдают состояние Вселенной на ранних стадиях, они ожидают увидеть в основном чистый водород и гелий.
Это предсказание обычно подтверждается наблюдениями, и когда рассматривают галактики, созданные в первые 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, исследователи чаще всего наблюдают облака газа, в которых почти отсутствуют металлы. Однако сотрудничество во главе с Джианхао Хуяном из Университета Южной Каролины недавно обнаружило противоречие этому соглашению: их наблюдения туманной галактики, созданной миллиард лет назад, показали долю металлов, превышающую предсказания для такого молодого источника более чем на два порядка.
Хуян и его коллеги сделали это открытие, наблюдая далёкий квазар под названием SDSS J002526.84-014532.5, который имеет красное смещение 5.07. Между Землей и этим источником находится галактика с красным смещением 4.74. По мере прохождения света от квазара через рассеянный газ галактики на пути к нашим телескопам, определённые длины волн излучения предпочтительно поглощались молекулами и атомами, с которыми они сталкивались в пути. Измеряя относительное количество этого поглощения, исследователи смогли определить, какие элементы пытались блокировать путь света и насколько плотными они были.
Они обнаружили, что в галактике содержится значительное количество углерода, кислорода, магния и других тяжёлых элементов. Всего через 1,2 миллиарда лет после Большого взрыва у этой галактики уже было большее относительное количество углерода и кислорода, чем у нашего собственного Солнца, которое родилось много миллиардов лет позже. Модели раннего формирования галактик предсказывают значительно меньшую долю металлов, даже принимая во внимание большие неопределённости описанных, но ещё не увиденных звёзд первого поколения.
Как многие из неожиданных открытий, авторы настоящего исследования пока не могут объяснить, что могло привести к такому значительному содержанию тяжёлых элементов. Они признают, что это может быть связано с тем, что взгляд на это конкретное направление мог пройти через участок «развитого» газа, а галактика в целом может быть настолько бедной металлами, как ожидалось. Однако, в этом случае, они не смогут объяснить, как свет прошёл через такой небольшой участок именно с полученными данными состава.
Возможно, пришло время пересмотреть модели химической эволюции ранних галактик, или в этой конкретной галактике есть что-то особенное, что остаётся скрытым.