Астрономы выяснили возраст одной из первичных галактик. Оказалось, ей чуть менее 300 млн лет
Космический телескоп NASA James Webb обнаружил сложную химию в галактике ADES-GS-z14-0. Полученные данные позволили исследователям глубже изучить объект. В тексте делимся их заключениями.
На фотографии выше — инфракрасное изображение, которое передал на землю космический телескоп NASA James Webb. Снимок сделала его бортовая камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam для программы JADES. Ее данные позволяют отобрать объекты для дальнейшего изучения с помощью спектроскопических наблюдений.
Для одной из галактик, JADES-GS-z14-0 (показана на врезке), было определено красное смещение 14,3 — что сделало ее новым рекордсменом по удаленности. Такая величина соответствует времени возникновения менее 300 млн лет после Большого взрыва.
Исследователи заявили, что наблюдаемая галактика неожиданно яркая и химически сложная для объекта той первобытной эпохи.
Источники
- NASA (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства);
- ESA (Европейское космическое агентство);
- CSA (Канадское космическое агентство);
- STScI (Институт исследований космоса с помощью космического телескопа имени Хаббла);
- Brant Robertson, UC Santa Cruz (Брант Робертсон, Калифорнийский университет в Санта-Крусе);
- Ben Johnson, CfA (Бен Джонсон, Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики);
- Sandro Tacchella, Cambridge (Сандро Таккелла, Кембриджский университет);
- Marcia Rieke, University of Arizona (Марсия Рике, Университет Аризоны);
- Daniel Eisenstein, CfA (Дэниел Эйзенштейн, Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики);
- Phill Cargile, CfA (Филлип Каргил, Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики).
Благодаря полученным данным, астрономы из Университета Аризоны смогли узнать больше об этой удивительной галактике. Ее наблюдаемое состояние — чуть менее 300 млн лет — соответствует всего 2% от нынешнего возраста. Мы получили редкую возможность заглянуть в раннюю эпоху тогда еще совсем молодой Вселенной.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Astronomy, основываются на предыдущей находке исследователей. В 2024 году сообщалось, что галактика JADES-GS-z14-0 — самая далекая из когда-либо наблюдавшихся. Первоначальное открытие установило не только рекордное расстояние, но и неожиданную яркость. Новое же исследование целиком посвящено изучению химического состава и эволюционным процессам.
Часто встречающаяся аббревиатура JWST — James Webb Space Telescope, космический телескоп «Джеймс Уэбб» (прим. переводчика).
Работа проводилась в рамках крупной программы JADES (JWST Advanced Deep Extragalactic Survey, передовой углубленный внегалактический обзор), специально предназначенной для изучения далеких галактик.
Мы не просто наткнулись на что-то неожиданное. Казалось бы, исследование намеренно разработано для поиска далеких галактик. Однако эта побила все рекорды. Она не просто яркая и протяженная сама по себе. У нее сложный химический состав, что совершенно неожиданно для столь раннего этапа развития Вселенной.
— Кевин Хейнлайн, соавтор нового исследования и доцент-исследователь в обсерватории Стюарда при Университете Аризоны.
Тот факт, что мы обнаружили эту галактику в крошечной области, означает, что похожих объектов должно быть больше. Телескоп не может охватить всю небесную сферу. Будь это осуществимо, такие экстремальные объекты встречались бы чаще.
— ведущий автор исследования Якоб Хелтон, аспирант обсерватории Стюарда.
Исследовательская группа использовала несколько инструментов на борту JWST. Первый из них мы уже упоминали — это камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam (Near-Infrared Camera), разработанная под руководством профессора астрономии Университета Аризоны Марсии Рике. Другой блок на телескопе — прибор среднего инфракрасного диапазона MIRI (Mid-Infrared Instrument), который и обнаружил нечто необычное: значительное количество кислорода.
В астрономии все, что тяжелее гелия, условно считается «металлом». Для «производства» тяжелых химических элементов требуется не одно поколение звезд. Ранняя вселенная содержала только водород, гелий и незначительные следы лития. Обнаружение существенного количества кислорода в JADES-GS-z14-0 приводит к предположению, что галактика формировала звезды в течение потенциально 100 млн лет до своего наблюдаемого состояния.
— ведущий автор исследования Якоб Хелтон, аспирант обсерватории Стюарда.
Достоверно неизвестно, когда первые звезды начали излучать свет. По современным представлениям они должны были сформироваться где-то после периода рекомбинации, когда образовались атомы водорода и гелия, то есть через 380 000 лет с момента Большого взрыва. Самые старые известные галактики возникли спустя 400 млн лет. Ультрафиолет, излучаемый первыми звездами, ионизировал газообразный водород, заполнявший вселенную. Появление ионов водорода и свободных электронов, положило начало эпохе реионизации и ознаменовало конец Темных веков Вселенной.
Для возникновения кислорода галактике необходимо было заблаговременно сформировать первое поколение звезд. Эволюционируя и взрываясь сверхновыми, они выбрасывали кислород в межзвездное пространство, из которого и образовались следующие звезды.
Произошел очень сложный цикл, в результате которого в галактике получилось столько кислорода, сколько мы видим. Это ошеломляет!
— Джордж Рике, профессор астрономии и старший автор исследования.
Полученные данные свидетельствуют о том, что процесс зарождения звезд начался даже раньше, чем считали ученые. Сдвигается общепринятая временная шкала и наши представления о том, когда могли начать формироваться первые галактики после Большого взрыва.
Наблюдение фокусировалось на невероятно малом участке неба и продолжалось девять дней. Съемки NIRCam заняли 167 часов, MIRI — 43.
Астрономам из Университета Аризоны повезло. Галактика оказалась в идеальном месте для наблюдения с помощью MIRI. Смести они телескоп всего на долю градуса в любом направлении — возможность получить важные данные в среднем ИК‑диапазоне была бы упущена.
Представьте себе песчинку на ладони. Теперь мысленно поместите ее на небо. Вот такого размера рассматривался объект.
— Якоб Хелтон, ведущий автор исследования, аспирант обсерватории Стюарда.
Существование до такой степени развитой галактики на столь раннем этапе космической истории — настоящий стресс‑тест для общепринятых теоретических моделей их формирования.
Наше участие — результат лидерства Университета Аризоны в области инфракрасной астрономии с самого момента ее зарождения в середине 60‑х годов. Первая крупная группа по ИК‑астрономии была тоже у нас. В Лунной и планетарной лаборатории при университете (Lunar and Planetary Laboratory, LPL) работали Джерард Койпер, Фрэнк Лоу и Гарольд Джонсон.
— Джордж Рике, профессор астрономии и старший автор исследования.
То, что ученые получают возможность непосредственно наблюдать галактики, существовавшие в период зарождения Вселенной, дает важнейшее представление о ее развитии. Происходит движение к пониманию этапов, которые привели от появления простых элементов до возникновения сложных химических соединений — тех, что необходимых для жизни, по крайней мере, в известной нам форме.
Мы переживаем невероятное время в истории астрономии. Галактики намного превосходят все, что когда-либо находили люди. Сейчас есть возможность наблюдать их самыми разными способами, понимать их. Это настоящее волшебство.
— Кевин Хейнлайн, соавтор нового исследования и доцент-исследователь в обсерватории Стюарда при Университете Аризоны.
Понравилась статья? Читайте больше материалов о науке и технологиях в Академии Selectel.