За последние два года, с момента начала научной деятельности, космический телескоп «Джеймс Уэбб» позволил нам непосредственно взглянуть на так называемый космический рассвет. Это период в первые несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, когда зародились первые галактики. Галактики, которые дают важную информацию о том, как изменялась материя, когда Вселенная была совсем молодой.
В рамках проекта JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES) с помощью телескопа «Джеймс Уэбб» ученые обнаружили многие сотни галактик-кандидатов в первые 650 миллионов лет после Большого взрыва. В январе 2024 года телескоп наблюдал одну из таких галактик в течение почти десяти часов, после того как она уже была обнаружена по данным 2023 года. Когда ее спектр был впервые обработан, появились неоспоримые доказательства того, что эта галактика — самая далекая из когда-либо обнаруженных: мы видим ее такой, какой она была, когда Вселенной было всего 290 миллионов лет, на фотографии Уэбба.
Ее название — JADES-GS-z14-0, и ее открытие — это не просто новый рекорд расстояния. Полученные данные говорят о том, что эта галактика по своей природе очень яркая, ее ширина составляет 1600 световых лет, а масса в несколько сотен миллионов раз больше массы Солнца. Как галактика могла стать такой большой, яркой и богатой звездами менее чем за 300 миллионов лет?
Галактика с красным смещением больше 14
Наблюдая в инфракрасном диапазоне, «Джеймс Уэбб» смог увидеть первые галактики в космосе. Их свет был растянут в результате расширения Вселенной, то есть длина волны была смещена в сторону красного цвета. Мера этого смещения называется красным смещением, обозначаемым буквой z. Чем выше красное смещение, тем более удалена галактика, то есть она принадлежит более молодой Вселенной.
На сегодняшний день галактика с самым высоким красным смещением из когда-либо найденных — это JADES-GS-z13-0 с красным смещением 13,2, обнаруженная 29 сентября 2022 года в ходе программы JADES. На данный момент это самая далекая из известных галактик со спектроскопически подтвержденными характеристиками.
Этот рекорд побили JADES-GS-z14-0 и JADES-GS-z14-1. Первая имеет красное смещение, превышающее z=14. Ученые определили это с помощью спектрографа NIRSpec (Near InfraRed Spectrograph) космического аппарата «Джеймс Уэбб», чтобы получить спектр галактики. Смещение в сторону красного цвета можно определить по положению критической длины волны, известной как разрыв Лайман-альфа. По положению этой длины волны в спектре JADES-GS-z14-0 было определено красное смещение 14,32. Красное смещение JADES-GS-14-1, напротив, составляет 13,9.
Ученые использовали NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб» для получения спектра далекой галактики JADES-GS-z14-0, чтобы точно измерить ее красное смещение и таким образом определить ее возраст.
Еще одна галактика, которая бросает вызов нашим теориям
Что действительно продолжает удивлять ученых, так это то, что JADES-GS-z14-0, как и другие первобытные галактики, обнаруженные до сих пор с помощью «Джеймса Уэбба», удивительно яркая. Чего мы никак не ожидали от такой галактики. К тому же она находится так близко к другой галактике, что кажется, что они являются частью одного более крупного объекта.
Данные «Уэбба» раскрывают несколько интересных аспектов. Например, цвет галактики не такой голубой, каким он должен быть в молодости. Это указывает на то, что даже на самых ранних стадиях эволюции часть света галактики покраснела из-за пыли.
Кроме того, измерения, полученные в средней инфракрасной области с помощью прибора MIRI (Mid InfraRed Instrument), показывают, что яркость источника выше, чем по данным других приборов. Это свидетельствует о наличии в галактике сильной эмиссии ионизированного газа в виде ярких эмиссионных линий водорода и кислорода. Присутствие кислорода на столь раннем этапе жизни галактики является неожиданностью и позволяет предположить, что несколько поколений очень массивных звезд уже прожили свою жизнь до того, как мы наблюдали JADES-GS-z14-0.
Вся эта информация говорит нам о том, что JADES-GS-z14-0 не похожа на те типы галактик, которые, согласно теоретическим моделям и компьютерным симуляциям, существовали в ранней Вселенной. Учитывая наблюдаемую яркость источника, мы можем предсказать, как он может расти в космическом времени, и пока не нашли подходящих аналогов в сотнях других галактик, наблюдаемых на высоких красных смещениях во время JADES. Однако вполне вероятно, что многие из этих ярких галактик будут найдены в ближайшие годы исследований с помощью «Уэбба», возможно, даже в более ранние эпохи. Все ближе к рассвету космоса…
С исследованием, проведенным под руководством Стефано Карниани (Stefano Carniani) из Пизанской нормальной высшей школы, можно ознакомиться здесь.
