Телескоп «Джеймс Уэбб» помог астрономам из Аризонского университета обнаружить признаки барионного цикла — обмена веществом между галактикой и окружающей средой — уже в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.
За 30-часовую сессию наблюдений учёные нашли три галактики, существовавшие примерно через 500 млн лет после Большого взрыва (красное смещение z = 7,2–9,3). В эту эпоху Вселенная состояла в основном из водорода и гелия и проходила стадию реионизации.
Спектроскопия «Уэбба» показала, что вокруг некоторых галактик уже присутствовал газ с тяжёлыми элементами — кислородом и углеродом, синтезированными внутри звёзд. Это означает, что первые поколения массивных звёзд успели быстро создать эти элементы, а взрывы сверхновых и звёздные ветры вытолкнули их за пределы галактик.
Химический «отпечаток» этих ранних галактик оказался схож с более зрелыми объектами, что говорит о раннем формировании полноценного круговорота вещества.
Открытие усложняет поиски гипотетических звёзд населения III — первого поколения светил, родившихся из чистого водорода и гелия. Если обогащение космоса тяжёлыми элементами шло так быстро, первичного «чистого» газа могло остаться значительно меньше, чем предполагали модели.
До запуска «Уэбба» учёные ожидали увидеть в ранней Вселенной только водород и гелий. Однако телескоп не только нашёл неожиданно много галактик той эпохи, но и обнаружил в них следы более тяжёлых элементов — ещё одно открытие, которое меняет представления о ранней космологии.
Для анализа состава газа исследователи использовали свет далёких галактик как фоновый источник: проходя сквозь межгалактическую среду, он поглощался атомами на характерных длинах волн. Спектрограф NIRSpec зафиксировал линии поглощения кислорода, углерода и кремния.
Линии поглощения были смещены в синюю сторону, что указывает на движение обогащённого газа наружу со скоростью 50–250 км/с — тяжёлые элементы буквально разлетались прочь от галактик, обогащая Вселенную.