Астрономы Университета штата Северная Каролина изучили загадочные астрономические объекты, называемые затухающими системами Лайман-альфа (Damped Lyman-α, или DLA). Эти гигантские темные газовые облака, которые участвовали в образовании первых звезд и галактик, существовали в ранней Вселенной и не излучали свет, что затрудняет их наблюдение. Результаты исследования, в котором ученые использовали эффект гравитационного линзирования, опубликованы в журнале Nature.
Чтобы найти DLA, астрофизики обычно используют квазары — экстремально яркие галактические ядра, подпитывающиеся сверхмассивными черными дырами. Свет от этих объектов подсвечивает рассеянные облака холодного газа, однако его недостаточно для того, чтобы определить размер и массу DLA. В новом исследовании ученые использовали спектроскопию далекой галактики и гравитационное линзирование, чтобы лучше разглядеть системы Лайман-альфа, находящиеся на переднем плане.
Благодаря гравитационному линзированию далекие космические объекты выглядят растянутыми и более яркими, поскольку свет от них искривляется под воздействием гравитационного поля массивного объекта, находящегося на переднем плане. Интегральная спектроскопия поля галактики позволила астрономам получить спектр каждого пикселя изображения той части неба, куда был направлен инструмент исследователей — спектрограф Keck Cosmic Web Imager, установленный на телескопе в Обсерватории Кека (Гавайи). Такой метод позволяет получить спектры протяженного астрономического объекта и создавать его карты на определенных длинах волн.
Оказалось, что диаметр DLA, через которые проходил свет галактики, составляет более 17,4 тысячи парсеков (один парсек равен 3,26 светового года), что более чем две трети диаметра Млечного Пути. 13 миллиардов лет назад размеры типичной галактики составляли менее 5000 парсеков. Внутри обоих облаков, чья масса достигает примерно миллиарда масс Солнца, содержится достаточно вещества для образования звезд следующего поколения. Также в DLA находятся галактики-хозяева, образовавшиеся около 11 миллиардов лет назад, вскоре после Большого взрыва.
Открытие согласуется со сценарием, согласно которому в ранней Вселенной существовали массивные галактики с низкой светимостью. Сейчас их можно наблюдать при красном смещении более 2, что соответствует времени путешествия света до Земли в 10 миллиардов лет.