Наблюдения космического телескопа James Webb показали, что уже примерно через 500 млн лет после Большого взрыва галактики не только создавали тяжёлые элементы, но и выбрасывали их в окружающее пространство. К такому выводу пришёл астроном Университета Аризоны Ёндаг Чжу, изучивший инфракрасные данные о трёх древних галактиках. Они находятся на расстоянии более 13 млрд световых лет от Земли и существовали в эпоху реионизации.
В первые периоды существования Вселенной пространство было заполнено плотной смесью первичных частиц, которая не пропускала свет. Этот этап получил название космических тёмных веков. Под действием гравитации и тёмной материи газ начал собираться в сгустки, где появились первые звёзды и зачатки галактик.
В ядрах первых звёзд водород превращался в гелий, а затем формировались более тяжёлые элементы. Звёздные ветры и взрывы сверхновых выносили их за пределы светил, постепенно обогащая химический состав Вселенной. Ультрафиолетовое излучение молодых звёзд также стало рассеиваться в пространстве, положив конец тёмным векам; из-за расширения Вселенной сегодня оно наблюдается как инфракрасное.
Чжу исследовал архивные спектры James Webb и обнаружил в них признаки углерода, кислорода, кремния и других элементов, которые тяжелее водорода и гелия. Свет от галактик проходил через окружающий газ, а характерные линии поглощения позволили определить его состав. Синее смещение спектральных линий показало, что обогащённый газ двигался от галактик в сторону Земли.
«Мы наблюдали, что тяжёлые элементы покидали галактики очень, очень рано в космической истории», — сказал Чжу, первый автор исследования. По его словам, галактики не только производили эти элементы, но и распространяли их вокруг себя, возможно, снабжая ими другие галактики. Учёный сравнил процесс с каплей пищевого красителя в стакане воды: цвет постепенно расходится по всему объёму, как и вещества из ранних галактик распространялись в космосе.
Астрономы давно пытаются обнаружить первые звёзды, известные как звёзды населения III, однако большинство из них, вероятно, уже исчезло. Их деятельность запустила образование элементов в звёздных ядрах и последующий обмен веществом между галактиками, который называют барионным циклом. Раннее начало этого процесса указывает на эффективное формирование звёзд вскоре после Большого взрыва, а материалы таких древних светил в итоге могли войти в состав новых звёзд, планет и жизни.