Галактика z8_GND_5296 (видимая во вставке) - это самая ранняя галактика, у которой астрономы точно измерили расстояние. Она образовалась приблизительно через 700 миллионов лет после , и формирует звезды с невероятно большой скоростью. Предоставлено: V. Tilvi (Texas A&M), S. Finkelstein (UT Austin), команда CANDELS и HST/NASA.

"Самая дальняя галактика уже видна!" Разве мы не слышали о ней прежде? (Смотрите , например). Хотя правда, что астрономы двигаются дальше и дальше назад во времени с лучшими инструментами, существуют фундаментальные проблемы, как в наблюдении, так и в измерении расстояний до самых ранних галактик в космосе.

Вот, почему это новое наблюдение галактики, которая образовалась примерно через 700 миллионов лет после Большого Взрыва, важно. Хотя опознали множество галактик, которые образовались в ту эру, астрономы только измеряли точные расстояния до пяти из них. Эта галактика является шестой, и она самая дальняя из группы. Возможно даже более важно, чем измерение расстояния, исследователи определили, что эта галактика дарит рождение новым звездам со скоростью в 100 раз больше, чем это делает в наши дни. Это указывает на то, что ранние галактики могли быть более агрессивными со , чем ранее полагали.

Новая статья, опубликованная в журнале Nature (предупреждение о платном доступе ), описывает измерение галактики, обнаруженной в обзоре Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), который использует инфракрасный спектрограф на телескопе Keck на Гавайах. Из-за этого большого расстояния, не видит эту галактику в оптических диапазонах, но это самый яркий источник в инфракрасном диапазоне, как для Hubble, так и для . Красное смещение, если вы вспомните, - это мера того, как быстро галактика, кажется, движется от нас, поскольку Вселенная расширяется; чем выше красное смещение, тем дальше галактика - и поэтому тем дальше назад во времени она испускала свет, который мы видим. Поскольку Вселенная растет, она пропорционально растягивает длину волны света. В том случае, оптический (видимый) свет или даже ультрафиолетовая эмиссия, обычная в звездах, имеет красное смещение в инфракрасную часть спектра.

В этом случае, астрономы измерили красное смещение галактики z8_GND_5296 (это незабываемое имя для вас) до 7.51, что означает, как приблизительно на расстоянии 13 миллиардов световых лет. Они определили это число измерением эмиссии Lyman alpha (Ly α) из водородного газа, который является самым обычным, и его сложно измерять на таких больших расстояниях. Свет Ly α из водородного газа в нашем местоположении около 11 нанометров, точно в ультрафиолетовой части спектра, но соответствующая эмиссия из z8_GND_5296 около 1034 нанометров, что в инфракрасной части спектра. (Чтобы получить красное смещение, разделите большее число на меньшее и вычтите 1. К сожалению, отношение между красным смещением и расстоянием не настолько простые).

Тем не менее, не каждая галактика на сравнимых расстояниях имеет измеримые Ly α эмиссии: что-то, кажется, препятствует большей части того света, не достигнув нас. Главная идея - это нейтральный межгалактический газ, рассеивающий свет, но есть также несколько наблюдаемых галактик, которые подтверждают ту гипотезу. В результате, хотя существуют дюжины галактик с красными смещениями больше 7 (определено не спектром, а кажущимся цветом галактики), красные смещения не могут быть дважды проверены для большинства. Эта статья сообщает о 43 галактиках, но только одна из того примера имела измеримые Ly α эмиссии.

Более интересно, что галактика z8_GND_5296 относительно богата "металлами": элементами тяжелее гелия. Так как эти элементы производятся звездами, а не Большим Взрывом, это указывает на очень быстрый даже со временем, которое эта галактика испускала свет, который мы наблюдаем.

Для того, чтобы поддержать то утверждение, авторы настоящего исследования обнаружили, что z8_GND_5296 и подобная галактика, обозначенная GN 108036, имеют очень высокие скорости образования звезд, конвертируя эквивалент массы 330 в новые звезды. Это больше, чем 100 раз скорости образования звезд в Млечном Пути, и сравнимо с некоторыми из самых экстремальных галактик, образующих звезды. Эти , как раньше полагали, были редкими, поэтому астрономам могло понадобиться пересмотреть свои оценки по тому, как быстро новые звезды создавались в ранних галактиках.

Несмотря ни на что, будет интересно увидеть, на что похожи другие ранние галактики, когда наши наблюдения улучшатся. Без этого мы не узнаем, является ли редкостью z8_GND_5296 в совем экстремальном образовании звезд, или поймем, почему она относительно яркая в Ly α эмиссиях, в то время как ее "родные сестры" нет. И возможно мы найдем разногласие во времени между эрой без галактик и самыми первыми образовавшимися галактиками.

В мае 2015 года телескопом «Хаббл» была зафиксирована вспышка самой далекой, а значит и самой старой известной на сегодняшний день галактики. Излучению потребовалось целых 13,1 млрд. световых лет, чтобы достигнуть Земли и быть зафиксированным нашей аппаратурой. По подсчетам ученых, галактика появилась на свет примерно через 690 млн. лет после Большого Взрыва.

Можно было бы подумать, что если свет от галактики EGS-zs8-1 (а именно такое элегантное имя присвоили ей ученые) летел к нам 13,1 млрд. лет, то и расстояние до неё будет равно тому, которое свет пройдет за эти 13,1 млрд. лет.

Галактика EGS-zs8-1 — самая далекая среди всех обнаруженных на сегодняшний день

Но нельзя забывать некоторые особенности устройства нашего мира, которые сильно повлияют на вычисление расстояния. Дело в том, что вселенная расширяется, причем делает это с ускорением. Получается, пока свет шел 13,1 млрд. лет до нашей планеты, пространство расширялось все больше и больше, и галактика удалялась от нас всё быстрее и быстрее. Наглядный процесс представлен на рисунке ниже.

Учитывая расширение пространства, самая далекая галактика EGS-zs8-1 в данный момент находится от нас приблизительно в 30,1 млрд. световых лет, что является рекордом среди всех других подобных объектов. Интересно, что до определенного момента мы будем обнаружить всё более далекие галактики, свет которых до сих пор не дошёл до нашей планеты. Можно с уверенностью сказать, что рекорд галактики EGS-zs8-1 в будущем будет побит.

Это интересно: часто возникает неправильное представление о размере вселенной. Её ширину сравнивают с её же возрастом, который составляет 13,79 млрд. лет. При этом не учитывается, что вселенная расширяется с ускорением. По приблизительным подсчетам, диаметр видимой вселенной составляет 93 млрд. световых лет. Но существует и невидимая часть вселенной, посмотреть которую нам не удастся никогда. Подробнее о размере вселенной и невидимых галактиках в статье ««.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

Когда вы смотрите на небо тёмной ночью при ясной погоде, вы видите множество звёзд. Однако практически все они находятся в нашей галактике, Млечном пути. Даже самые далёкие из тех, что вы можете разглядеть без телескопа, находятся на расстоянии меньше двадцати тысяч световых лет от Земли. Может показаться, что это гигантская дистанция, но космос гораздо больше непосредственных наших окрестностей. Он действительно огромен, и именно поэтому учёным невероятно трудно изучать звёзды, находящиеся за пределами нашей галактики. Самое далёкое светило, которое удалось изолировать от окружающего её постороннего свечения, находится на расстоянии всего 55 миллионов световых лет от нас.

Научные достижения

Однако если астрономы ни в чём не ошибаются, недавно этот рекорд был побит. Согласно статье, опубликованной в марте этого года в журнале «Nature Astronomy», он был разбит в пух и прах, сметён и растоптан. Он перешёл к звезде, которая находится от нас, вдумайтесь только, в 14 миллиардах световых годах! Надо отметить, что астрономам нередко удаётся разглядеть удалённые от нашей планеты объекты. С помощью телескопов они могут видеть самые яркие сверхновые в 10 миллиардах световых годах от нас. Однако обычные звёзды невозможно рассмотреть даже на расстоянии, в сотни раз меньшем. И вот тут мы в первый раз упоминаем про «гравитационное линзирование».

Это явление происходит в тех случаях, когда огромная масса, имеющаяся у галактики или даже скопления галактик, искривляет, искажает и усиливает свет, источник которого находится за ней. Этот феномен возможен благодаря тому, что подобные объекты фактически искривляют само пространство вокруг себя. Галактики, создающие эффект гравитационного линзирования, «усиливают» яркость в среднем в 50 раз.

Далекие Звезды

Та звезда, о которой сегодня идёт речь, находится за скоплением галактик, находящимся в 6 миллиардах световых годах от нас, и её свет был усилен более чем в 2000 раз! В научных каталогах она значится как MACS J1149 Lensed Star 1. Однако учёные, обнаружившие её, дали ей и неофициальное название — Икар. Спасибо им за это большое, нам тоже так гораздо удобнее.

Икар был замечен, можно сказать, совершенно случайно, когда исследователи рассматривали снимки сверхновой, сделанные космическим телескопом «Хаббл» в 2016 и 2017 годах. Недалеко от неё они заметили небольшое яркое пятнышко. Оно со временем меняло яркость, но совсем не так, как это делают сверхновые. Цветовая гамма света, идущего от этого объекта, оставалась неизменной в течение многих месяцев. Дальнейший анализ показал, что мы имеем дело с голубым сверхгигантом.

Эти звёзды гораздо крупнее, массивнее, горячее Солнца и в сотни тысяч раз ярче его. Это такое небольшое напоминание о том, что любое явление в космосе может иметь поистине космические масштабы. Все голубые сверхгиганты обладают схожими характеристиками, поэтому, сравнив свет Икара со светом таких же объектов нашей галактики, астрономы смогли рассчитать расстояние до него. Выяснилось, что звезда имеет возраст 9 миллиардов лет, а связи с тем, что Вселенная расширяется, сейчас до этого светила вообще 14 миллиардов световых лет.

Как же Икару удалось увеличить своё изображение в 2000 раз, если обычное значение гравитационного линзирования составляет всего 50? Ответ — микролинзы. Это небольшие объекты, находящиеся внутри крупных линз. Это могут быть отдельные звёзды, обеспечивающие дополнительное приближение «картинки». Линзы внутри линз. Этот эффект длится сравнительно недолго, потому что микролинзы постоянно сходят с нужной позиции и вновь возвращаются на неё. Однако если мы внимательно следим за происходящим, перед нами открываются огромные возможности. С помощью микролинзирования учёным удалось найти даже планеты за пределами Млечного пути!

Астрономы из Техасского университета A&M и Техасского университета в Остине обнаружили самую далёкую из известных нам галактик. Согласно данным спектрографии, она находится на расстоянии примерно 30 млрд световых лет от Солнечной системы (или от нашей Галактики, что в данном случае не столь существенно, потому что диаметр Млечного пути - всего лишь 100 тыс. световых лет).

Самый дальний объект во Вселенной получил романтичное название z8_GND_5296.

«Восхитительно знать, что мы - первые люди в мире, кто увидел его, - сказал доктор наук Вител Тилви (Vithal Tilvi), соавтор научной работы, которая сейчас опубликована в онлайне (для бесплатного просмотра научных работ используйте сайт sci-hub.org).

Обнаруженная галактика z8_GND_5296 сформировалась через 700 млн лет после Большого взрыва. Собственно, в таком состоянии мы и видим её сейчас, потому что свет от новорожденной галактики только сейчас дошёл до нас, пройдя расстояние в 13,1 млрд световых лет. Но поскольку в процессе этого Вселенная расширялась, то на данную минуту, как показывают расчёты, расстояние между нашими галактиками составляет 30 млрд световых лет.

В новорожденных галактиках интересно то, что там идёт активный процесс формирования новых звёзд. Если в нашем Млечном пути появляется по одной новой звезде в год, то в z8_GND_5296 - примерно по 300 в год. То, что происходило 13,1 млрд лет назад, мы можем спокойно сейчас наблюдать в телескопы.

Возраст далёких галактик можно определить по космологическому красному смещению, вызванному в том числе эффектом Доплера. Чем быстрее удаляется объект от наблюдателя, тем сильнее проявляется эффект Доплера. Галактика z8_GND_5296 показала красное смещение 7,51. Около сотни галактик обладают красным смещением больше 7, то есть они сформировались до того, как Вселенной исполнилось 770 млн лет, и предыдущим рекордом было 7,215. Но лишь у нескольких галактик расстояние подтверждено по данным спектрографии, то есть по спектральной линии Лайман альфа (о ней ниже).

Радиус Вселенной составляет как минимум 39 млрд световых лет. Казалось бы, это противоречит возрасту Вселенной в 13,8 млрд лет, но противоречия нет, если учесть расширение самой ткани пространства-времени: для этого физического процесса не существует ограничения по скорости.

Учёным не совсем понятно, почему не удаётся наблюдать другие галактики возрастом до 1 млрд лет. Удалённые галактики наблюдают по чёткому проявлению спектральной линии L α (Лайман альфа), которая соответствует переходу электрона со второго энергетического уровня на первый. Почему-то у галактик младше 1 млрд лет линия Лайман альфа проявляется всё слабее. Одна из теорий состоит в том, что как раз в то время происходил переход Вселенной из непрозрачного состояния с нейтральным водородом в полупрозрачное состояние с ионизированным водородом. Мы просто не можем увидеть галактики, которые скрыты в «тумане» из нейтрального водорода.

Как же z8_GND_5296 смогла пробиться через туман нейтрального водорода? Учёные предполагают, что она ионизировала ближайшие окрестности, так что протоны смогли прорваться. Таким образом, z8_GND_5296 - самая первая из известных нам галактик, которая вышла из непрозрачного месива нейтрального водорода, наполнявшего Вселенную в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.

Галактиками называют гравитационно-связанные системы из звёзд, межзвёздного газа, пыли, и тёмной материи. Диаметр галактик составляет от 5 до 250 килопарсек. Это много.

Например, диаметр нашей Галактики составляет 30 килопарсек – свет из одного её края в другой будет лететь целых 100 тысяч лет. А еще в ней, как минимум, 200 миллиардов звёзд…

1. Спиральная галактика NGC 4639 с перемычкой в созвездии Дева. Находится на расстоянии более 70 миллионов световых лет от Земли. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

2. Туманность Вуаль — огромный и относительно тусклый остаток сверхновой. Звезда взорвалась примерно 5000-8000 лет назад, и за это время туманность покрыла на небе область в 3 градуса. Расстояние до неё оценивается в 1 400 световых лет. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

3. Более пятой части Вселенной скрыто от нашего взгляда пылью и звездами из диска нашей галактики. Множество галактик находятся в «зоне избегания», в области пространства, которое, как правило, недоступно для телескопов. Вот так они могут выглядеть, согласно воображению художников. (Фото Reuters | ICRAR):

4. Центавр А - одна из самых ярких и близких к нам соседних галактик, нас разделяет всего 12 миллионов световых лет. По яркости галактика занимает пятое место (после Магеллановых Облаков, туманности Андромеды и галактики Треугольника). (Фото Reuters | NASA):

5. Спиральная галактика с перемычкой M83, также известная как Южная Вертушка. Находится на расстоянии приблизительно 15 миллионов световых лет от нас. В 2014 году астрономы обнаружили MQ1, которая сама по себе лёгкая, но с большой интенсивностью поглощает окружающую материю. (Фото Reuters | NASA):

6. Галактика М 106 в созвездии Гончие Псы. В ядре расположена сверхмассивная черная дыра массой 36 миллионов солнечных масс в пределах 40 000 астрономических единиц. (Фото Reuters | NASA):

7. Часть туманности Тарантул, расположенной в Большом Магеллановом Облаке. Огромные звёзды туманности являются мощными источниками излучения, которое выдувает из межзвёздного газа и пыли гигантские пузыри. Некоторые из звёзд взорвались сверхновыми, в результате чего пузыри были подсвечены рентгеновским излучением. (Фото Reuters | NASA):

8. Спиральная галактика NGC 1433 с перемычкой в созвездии Часы, находящаяся на расстоянии около 32 миллионов световых лет от Земли. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

9. Галактика NGC 1566, находящаяся на расстоянии около 40 миллионов световых лет от Земли в созвездии Золотой Рыбы. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

10. Рентгеновские лучи молодой сверхновой в галактике M83. (Фото Reuters | NASA):

11. Спиральная галактика М94 в созвездии Гончих Псов. Галактика примечательна тем, что обладает двумя мощными кольцеобразными структурами. (Фото Reuters | NASA | ESA):

12. Спиральная галактика NGC 4945 с перемычкой в созвездии Центавр. Она достаточно похожа на нашу Галактику, однако рентгеновские наблюдения показывают наличие сейфертовского ядра, вероятно, содержащего активную сверхмассивную чёрную дыру. (Фото Reuters | NASA):

13. z8 GND 5296 - галактика, обнаруженная в октябре 2013 года в созвездии Большой Медведицы. По предварительным оценкам, свет от этой галактики достигает Земли приблизительно за 13 миллиардов лет. Это не снимок, а художественное изображение. (Фото Reuters | NASA | Hubble):

14. Отражательная туманность Голова Ведьмы (IC 2118) в созвездии Эридана. Эта отражательная туманность весьма своеобразной формы связана с яркой звездой Ригель в созвездии Ориона. Туманность находится на расстоянии около 1000 световых лет от Солнца. (Фото Reuters | NASA):

15. Галактика Подсолнух в созвездии Гончие Псы. Находится на расстоянии 27 миллионов световых лет. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

16. Ядро спиральной галактики М 61 в созвездии Дева. И всего-то в 100 000 световых лет от нас. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

17. Спиральная галактика Фейерверк NGC 6946 с перемычкой, которая находится на расстоянии 22 миллиона световых лет в созвездии Лебедь, на границе с Цефеем. (Фото Reuters | NASA):

18. Облако горячего газа, температурой в много миллионов градусов. Появилось, скорее всего, в результате столкновения карликовой галактики и гораздо большей галактики NGC 1232, находящейся в созвездии Эридан. (Фото Reuters | NASA):

19. Галактика NGC 524 в созвездии Рыбы. От нас свет туда будет лететь 90 миллионов лет. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

20. Крабовидная туманность - газообразная туманность в созвездии Тельца, являющаяся остатком сверхновой. Расположенная на расстоянии около 6500 световых лет (2 кпк) от Земли, туманность имеет диаметр в 11 световых лет (3,4 пк) и расширяется со скоростью около 1 500 километров в секунду. В центре туманности находится пульсар (нейтронная звезда), 28-30 км в диаметре. (Фото Reuters | NASA | ESA):