Одна з головних функцій космічного телескопа "Джеймс Вебб" - знайти найраніші галактики, розширюючи наші
Ці зіркові системи розташовані набагато далі,ніж усі спостережувані раніше об'єкти Всесвіту. Вчені пишуть про галактики з червоним усуненням від 12 до 17. Але в цьому святі наукової урочистості є і ложка дьогтю: деякі дослідники вважають, що вік об'єктів може бути спотворений і результати вимагають ретельної перевірки.
Яка галактика найдальша?
До запуску космічного телескопа «Джеймс Вебб»Протягом тривалого часу найдальшою підтвердженою галактикою була GN-z11. Її відкрили у 2016 році за допомогою телескопа «Хаббл». Вона приблизно в 25 разів менша за Чумацький Шлях і становить близько 1% від його маси. При цьому зіркоутворення в ній протікало у 20 разів активніше.
GN-z11 розташована в сузір'ї Велика Ведмедиця,і астрофізики оцінюють червоне усунення 11,1. Це означає, що ми спостерігаємо її такою, якою вона була 13,4 млрд років тому — лише через 400 років після Великого вибуху. Оскільки Всесвіт постійно розширюється, галактики у космосі віддаляються одна від одної. Тому власна відстань до GN-z11 становить близько 32 млрд світлових років.
Ще до запуску нового телескопа навесні 2022 рокуастрофізики оголосили про відкриття ще далекого кандидата — HD1. Його виявили за допомогою космічного телескопа «Субару» та спостережень наземних обсерваторій. За даними спектроскопії, його червоне зміщення становить 13,27, що відповідає відстані 13,5 млрд світлових років. А сама галактика зараз знаходиться за 33,4 млрд світлових років від Землі.
Усього через тиждень після публікації перших данихТелескопа «Джеймс Вебб» дослідники з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики оголосили про виявлення галактики GLASS-z13, червоне усунення до якої попередньо оцінюється в 13. Це приблизно 300 млн років після Великого вибуху. Ще через тиждень надійшло повідомлення про галактику з червоним усуненням 14 і навіть 16,7. Якщо це правда, то ми бачимо ці галактики такими, якими вони існували приблизно через 200 млн. років після Великого вибуху.
Щоправда, всі ці результати попередні: поки що жодне з цих значень червоного зміщення не підтверджено. Щоб встановити відстані до цих галактик, знадобиться спектроскопічний аналіз.
Галактика GN-z11 на знімку телескопа "Хаббл".Зображення: NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University) та G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)
Як знайшли нові галактики?
У своїх роботах вчені використали різні методи.Наприклад, астрофізики з Університету Міссурі-Колумбія використовували ефект гравітаційного лінзування, створеного масивним скупченням галактик SMACS J0723. Масивний об'єкт спотворює рух світла, збільшуючи далекі об'єкти як звичайна оптична лінза телескопа. За допомогою цього методу вчені виявили 88 галактик-кандидатів з червоним усуненням не менше 11. Деякі з них за оцінкою дослідників можуть мати червоне усунення до 20.
Інші вчені аналізували знімки різнихділянок піднебіння, на яких не використовувався ефект гравітаційного лінзування. Ці зображення є частиною дослідження Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), яке складається зі знімків 10 різних ділянок піднебіння, зроблених камерою ближнього інфрачервоного діапазону телескопа (NIRCam).
Для підтвердження реального віку далекихоб'єктів потрібний спектроскопічний аналіз, який розщеплює світло від об'єкта на спектр. Для цього вчені будуть використовувати спектрограф ближнього інфрачервоного діапазону телескопа Джеймс Вебб (NIRSpec), а також прилад середнього інфрачервоного діапазону космічного телескопа (MIRI).
Ефект гравітаційного лінзування на знімку скупчення SMACS J0723. Зображення: NASA, ESA, CSA та STScI
Що таке червоне усунення?
При дослідженні раннього Всесвіту основнийпоказник, який використовують вчені, - це червоне усунення. Воно допомагає зрозуміти, наскільки швидко об'єкт віддаляється від нас. Подібно до того, як сигнал паровоза або корабля звучить нижче, коли вони рухаються від спостерігача, світлова хвиля від об'єкта, що віддаляється, теж змінюється.
Всесвіт постійно розширюється, а отже,далекі галактики рухаються геть від Землі. При червоному зміщенні електромагнітне випромінювання від об'єкта, що віддаляється, збільшує довжину хвилі. Це означає, що всі деталі спектра зсуваються у бік червоної ділянки.
Що далі галактика, то раніше ми її бачимо ітим більше її світло розтяглося через розширення Всесвіту. В результаті синє та ультрафіолетове світло від гарячих молодих зірок через 13,5 млрд років здається нам інфрачервоним.
Телескоп «Джеймс Вебб» обладнаний чутливими приладами, які фіксують випромінювання в різних ділянках інфрачервоного діапазону і саме тому можуть вловити випромінювання раннього Всесвіту.
Червоне та синє зміщення. Зображення: Aleš Tošovský, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Чому перші результати можуть бути хибними?
Попередні дослідження засновані наодиночні спостереження і можуть бути неточними. Наприклад, курні галактики із зіркоутворенням, що існували через мільярд років після Великого вибуху, можуть маскуватися під рекордно далекі. Крім того, світло, випущене галактиками, може бути спотворене іншими об'єктами.
Наприклад, ґрунтуючись на тому, наскільки червоноюГалактика CEERS-DSFG-1 здається на зображеннях телескопа "Джеймс Вебб", астрономи визначили червоне зміщення від 17 до 18. Це означає, що ми бачимо її через 220 млн років після Великого вибуху. Однак японські астрономи використовували субміліметровий телескоп NOEMA, щоб знайти цю галактику і показати, що в ній міститься величезна кількість пилу.
Пил поглинає більш короткі та блакитні хвилізоряного світла, пропускаючи більш довгі та червоні. Це означає, що при візуальному спостереженні із Землі така галактика здаватиметься червонішою. Скоригувавши результати спостережень з урахуванням впливу пилу, вчені показали, що реальне червоне зміщення складає всього близько 5. А це означає, що галактика видно через 1,3 млрд років після Великого вибуху.
Галактика CEERS-DSFG-1 на знімку телескопа«Джеймс Вебб» із спостереженнями NOEMA, накладеними поверх нього у вигляді контурних ліній. Справа показано, як кандидат виглядає при перегляді через різні фільтри: він не виявляється у фільтрах з більш короткою довжиною хвилі, але стає більш помітним у червоніших фільтрах. Зображення: J. Zavala та ін.
До схожих результатів дійшли дослідники,вивчали галактику-кандидата CEERS-1749. Вони назвали своє відкриття - галактикою Шредінгера. Вся справа в тому, що червоне зміщення для неї може бути рівним або 5, або 17. Якщо йдеться про окрему далеку галактику, то це одна з найдальших відомих подібних систем, а якщо вона є частиною кластера, то мова знову йде про мільярд років після Великого вибуху. Все стане зрозумілим після нових досліджень.
Незалежно від того, чи будуть підтвердженізаявлені рекорди, нові відкриття зроблять істотний внесок у розуміння процесів розвитку раннього Всесвіту. Навіть «близькі» далекі галактики з червоним усуненням близько 5 відкривають нові дані.
Міжзоряний пил – побічний продукт циклународження та смерті зірок. Щоб вплинути на червоне усунення, такого пилу має бути дуже багато. А це означає, що в таких галактиках має відбуватися надзвичайно інтенсивне зіркоутворення. Раніше вчені не знали про подібні процеси.
Велика кількість далеких галактик із різних періодів життя Всесвіту допоможе зрозуміти, як формувалися та розвивалися перші зіркові системи.
Читати далі:
«Джеймс Вебб» надіслав фото зіткнення двох величезних галактик
«Берисна» бактерія на Землі забезпечить життя колонізаторам Марса
На піраміді у Китаї знайшли портрет «царя предків». Він правив понад 4 000 років тому