Обнаружена самая далёкая галактика, чуть младше самой Вселенной

Галактика z8_GND_5296 в представлении художника

(иллюстрация V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, NASA, ESA, A. Aloisi, The Hubble Heritage, HST, STScI, AURA).

Столь далёкие галактики невидимы для оптических телескопов, поэтому их изучают с помощью приборов, фиксирующих ближнее инфракрасное излучение

(фото V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, CANDELS Team, Hubble Space Telescope/NASA).

Космический орбитальный телескоп "Хаббл" (Hubble Space Telescope) уловил свет самой далёкой, а значит, и самой старой галактики из всех известных науке на сегодняшний день.

Звёздная система имеет кодовое название z8_GND_5296, массу, эквивалентную 1,3 миллиардам масс Солнца, и располагается она в направлении созвездия Большой Медведицы в 13,1 миллиардах световых лет от нас. В силу удалённости от Земли в оптический телескоп её увидеть было бы невозможно, поэтому для обнаружения излучения учёные использовали приборы, фиксирующие ближний инфракрасный свет.

После получения первичных данных исследователи перепроверили их с помощью телескопов обсерватории Кека (Keck Observatory) и подтвердили расположение галактики.

"Рассмотреть столь далёкие объекты с помощью оптических телескопов невозможно. Для нас они уже невидимы. Всё видимое излучение смещается в ближний инфракрасный диапазон", — поясняет ведущий автор исследования Стивен Финкельштейн (Steven Finkelstein) из Техасского университета в Остине.

Наблюдаемое явление называется эффектом Доплера: объекты, которые удаляются от нас, кажутся красноватыми, а те, что приближается, кажутся синеватыми. Инфракрасное смещение указывает не только на то, что наблюдаемая галактика очень далека от нас, но и подтверждает теорию ускоряющегося расширения Вселенной.

Как ни странно, звёздная система z8_GND_5296 была единственной из 43 кандидатов в удалённые галактики, у которой отчётливо наблюдались линии водорода, которые необходимы для идентификации космического объекта.

Таким образом, перед учёными встаёт вопрос о ранней истории Вселенной: как быстро свет первых галактик мог перемещаться сквозь облака межгалактического водородного газа без рассеивания?

Чтобы обнаружить свет, проходящий сквозь облака ранней Вселенной, водород должен быть ионизирован. Но парадокс заключается в том, что по стандартным астрофизическим теориям, процессы ионизации были вызваны как раз первым поколением галактик.

Галактика z8_GND_5296 в представлении художника (иллюстрация V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, NASA, ESA, A. Aloisi, The Hubble Heritage, HST, STScI, AURA).

"Смотреть на удалённые галактики особенно интересно. Ведь в силу того, что скорость света конечна, мы видим в телескоп тот момент, когда излучение от этих объектов только было испущено. Фактически, мы смотрим сквозь пространство и время на самые ранние этапы существования Вселенной", — говорит соавтор исследования Доминик Ричерс (Dominik Riechers) из Корнельского университета.

В данном случае свет, излучаемый галактикой z8_GND_5296, будет идти до Земли 13,1 миллиарда лет, притом что возраст самой Вселенной составляет чуть менее 13,8 миллиарда лет. Поэтому астрофизики увидели через телескоп Вселенную, когда ей было всего 700 миллионов лет.

Но возраст оказался далеко не единственной отличительной особенностью галактики z8_GND_5296. Как сообщается в пресс-релизе, она производит новые звёзды в поразительном темпе — примерно 330 масс Солнца ежегодно, а это в 100 раз больше скорости звездообразования Млечного Пути.

"В ранней Вселенной звёзды могли рождаться с гораздо большей скоростью, чем мы предполагали", — пишет Финкельштейн в статье об исследовании, опубликованной в журнале Nature.

Помимо этого, Финкельштейн и его коллеги были поражены тем, сколько в этой галактике присутствует кислорода и других "тяжёлых" элементов. Прежде считалось, что такое количество элементов, которые тяжелее водорода и гелия, просто не успело бы образоваться в столь короткие сроки.

Логическое объяснение феномену исследователи нашли в результате анализа данных, полученных телескопом NASA Spitzer. Галактика z8_GND_5296, скорее всего, содержит следы взрывов гигантских звёзд, в ядрах которых уже успели синтезироваться тяжёлые элементы. Эти звёзды, по всей вероятности, были первыми в галактике, и одними из самых ранних во Вселенной.

"Интересно, что львиная доля тяжёлых элементов образовались на столь ранних этапах существования времён", — удивляется Финкельштейн.

Столь далёкие галактики невидимы для оптических телескопов, поэтому их изучают с помощью приборов, фиксирующих ближнее инфракрасное излучение (фото V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, CANDELS Team, Hubble Space Telescope/NASA).

Отметим, что до открытия галактики z8_GND_5296 самой старой звёздной системой считалась та, что сформировалась спустя 740 миллионов лет после Большого взрыва. Причина, по которой самая далёкая галактика Вселенной ранее не была обнаружена, заключается в том, что на пути к ней взорвалась массивная звезда и затмила "старушку" своим светом.

 
В 2012 году другая группа астрономов сообщала о том, что они обнаружили галактику с кодовым названием MACS0647-JD,  сформировавшуюся всего 420 миллионов лет после Большого взрыва. Однако в отличие от находки Финкельштейна, это открытие подтверждено не было, а значит, именно галактика z8_GND_5296 по праву может считаться самой отдалённой и самой древней. Но если объект MACS0647-JD когда-нибудь всё же будет признан ранней галактикой, то открытию Финкельштейна придётся поделиться пальмой первенства.

 

Впрочем, на достигнутом учёные останавливаться не собираются. Но, чтобы заглянуть в ещё более далёкие времена, им придётся заменить телескоп "Хаббл" на что-то более мощное. Отличной альтернативой станет космический телескоп имени Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope), запуск которого запланирован на 2018 год.

Также по теме:
Астрономы разглядели сквозь космический туман самые древние галактики 
Учёные разглядели в космическом тумане следы света первых звёзд
Астрономы обнаружили самую древнюю спиральную галактику
NASA надеется заглянуть за край Вселенной
Учёные нашли по соседству с Солнцем самую древнюю звезду Вселенной