В так звані темні віки історії Всесвіту, її повинні були наповнювати теоретично передбачені, але до останнього часу не виявляються темні галактики. Вважається, що вони стали будівельним матеріалом для сучасних нам яскравих, наповнених зірками галактик, забезпечивши їх великою кількістю газу, з якого згодом і сформувалися нинішні світила.

Вгорі - околиці квазара HE 0109-3518 у своєму природному вигляді, внизу - з виділенням темних галактик (сині лінії) і квазара (червоний). (Тут і нижче ілюстрації ESO, DSS 2, S. Cantalupo.)

В ті часи Всесвіт була заповнена воднем, гелієм і реліктовим випромінюванням. Зірки і тим більше квазари, а також інші яскраві джерела ще не «прорізалися» з хмар газу.

Ясно, що без яскравих джерел світла знайти об'єкти, що знаходяться майже в 13 млрд світлових років, було не просто. Але «Дуже великого телескопа» (VLT) це вдалося. Чому? Темні століття закінчувалися не одночасно: подекуди вже встигли з'явитися квазари, а інші галактики, як і раніше, залишалися цілком темними. І прилеглі квазари підсвітили своїх темних сусідів - точніше, їх темний газ.

Його-то, як вважають астрономи, вони і побачили, виявивши тим самим горезвісні темні галактики.

«Наш підхід до проблеми виявлення темної галактики простий: висвітлити її яскравим світлом, - пояснює Симон Ліллі, один із співавторів дослідження.- Ми шукали флуоресцентну світіння газу в темних галактиках, які висвітлені ультрафіолетовим випромінюванням близького до них дуже яскравого квазара. Світло квазара змушує темну галактику світитися в результаті процесу, схожого на той, з-за якого світиться біле, освітлені УФ-лампою...»

Зрозуміло, довелося зробити серію дуже довгих експозицій, щоб виявити вкрай слабке флюоресцентное світіння темних галактик як світіння об'єктів на видаленні в більш ніж 10 млрд світлових років. В якості «підсвічування» використовувався особливо яскравий квазар HE 0109-3518. З приймачем FORS2 астрономи звели карту області неба навколо HE 0109-3518, намагаючись виявити УФ-випромінювання, що випускається газоподібним воднем, на який падає інтенсивне випромінювання.

Розширення Всесвіту приводить до того, що, коли це світіння досягає VLT, воно спостерігається як відтінок видимого фіолетового світла. Це випромінювання атомів водню як відомо випромінювання Лайман-альфа. Він утворюється при переході електронів у водневих атоми з другого на перший (найнижчий) енергетичний рівень і лежить в ультрафіолетовій області спектру. Через розширення Всесвіту довжина хвилі світла, що поширюється від об'єкта, розтягується під час руху в просторі, і чим далі поширюється хвиля, тим більше вона розтягується. Оскільки червоний колір відповідає найбільшій довжині хвилі світла, що сприймається людським оком, процес представляється як зсув довжини хвилі в напрямку червоного кінця спектра (звідси, до речі, і термін «червоне зміщення»). Квазар HE 0109-3518 розташований на червоному зсуві z = 2,4, і УФ-випромінювання темних галактик зміщується в видиму область спектру. Щоб виділити довжину хвилі, на яку зміщується флюоресцентна емісія, дослідники розробили вузькосмуговий фільтр з шириною смуги пропускання в 4 нм. Він був центрований на хвилю близько 414,5 нм (фіолетовий відтінок), куди і повинна зміщуватися довжина хвилі Лайман-альфа-емісії при z = 2,4.

У підсумку після декількох років пошуків вдалося виявити відразу близько ста газоподібних об'єктів на відстані в кілька млн світлових років від квазара. Потім був довгий аналіз того, у кого з них світіння газу викликалося вже почався процесом газоутворення власних зірок, а хто був підсвічений тільки ультрафіолетом квазара. Останніх об'єктів було дванадцять - це і є справжні темні галактики. За оцінками, маса газу в кожної з них дорівнює приблизно мільярда мас Сонця, що для галактики не багато, але на першому етапі еволюції Всесвіту, до масових злиттів і поглинань, іншого й бути не могло.

Крім того, вдалося показати, що у порівнянні з типовою звездообразующей галактикою, що знаходиться на тій же стадії своєї історії, ефективність зореутворення в темній галактиці в сотню з гаком разів нижче (ефективність зореутворення визначається як відношення маси новоутворених зірок до маси газу, з якого зірки можуть сформуватися). Виявилося, що для даних об'єктів знадобилося б понад 100 млрд років, щоб їх газ перетворився у світила, - термін, більш ніж усемеро перевищує час, що минув з початку існування Всесвіту. Результат узгоджується з недавніми теоретичними дослідженнями, уклали, що з-за низького вмісту металів багаті газом маломасивні гало на високих червоних зміщеннях можуть відрізнятися дуже низькою інтенсивністю зореутворення.

Підготовлено за матеріалами Європейського космічного агентства.