Астрономы обнаружили новую самую далекую галактику

В Nature опубликованы результаты исследования ряда учёных, которые обнаружили самую далекую, а значит и самую старую галактику, из когда-либо найденных. Обнаруженная галактика появилась всего спустя 700 млн. лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял только 5 процентов от своего текущего возраста – 13,8 млрд. лет.
 
Изображение: V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, NASA, ESA, A. Aloisi, The Hubble Heritage, HST, STScI, and AURA.
 
В сотрудничестве с астрономами из Техасского университета в Остине, Техасским университетом A&M и Национальной обсерватории Китт-Пик, учёные выявили кандидата на очень далекую галактику с помощью глубокого оптических и инфракрасных изображений, полученных космическим телескопом Хаббл. Последующие наблюдения за этой галактикой телескопом обсерватории Кека на Гавайях подтвердили её расстояние.
 
В поисках далеких галактик команда отобрала несколько кандидатов на основе их цвета, из приблизительно 100 000 галактик, выявленных по изображениям, сделанным Хабблом, снятых в рамках проекта CANDELS – самого крупного исследования, когда-либо сделанного космическим телескопом, на которое было выделено 900 часов. Однако, использование цвета в качестве метода сортировки галактик является сложным, так как некоторые близлежащие объекты могут под них маскироваться.
 
Поэтому для подтверждения измерения расстояния до этих галактик, астрономы дополнительно используют спектроскопию – способ определения насколько длина волны света галактики смещается в красную часть спектра, из-за расширения вселенной. Поскольку скорости расширения (красное смещение) и расстояния галактик пропорциональны, красное смещение позволяет астрономам измерить расстояние до галактик.
 
То, что делает эту галактику уникальной по сравнению с другими, так это, спектроскопическое подтверждение её расстояния.
 
Так как свет распространяется со скоростью около 300 000 километров в секунду, когда мы смотрим на удаленные объекты, мы видим не их, а то, как они выглядели в прошлом. Чем более далеко мы будем смотреть, тем большее прошлое мы увидим. Наблюдая за галактиками в далёком прошлом, мы можем изучить их ранние формирования. Сравнивая свойства галактик на разных расстояниях, мы можем исследовать эволюцию галактик на протяжении возраста вселенной.
 
Открытие стало возможным благодаря новому инструменту MOSFIRE, установленному в обсерватории Кека. Помимо того, что он является высокочувствительным спектрометром, он предназначен для обнаружения инфракрасного света (области спектра, где длина волны излучаемого света от далеких галактик смещается), а также способен нацеливаться на несколько объектов одновременно. Этот недостающий элемент позволил в течение всего двух ночей выявить 43 галактики-кандидата, получив более высокое качество наблюдений, чем в предыдущих исследованиях.
 
MOSFIRE
 
Ученые смогли точно определить расстояния между галактиками путем измерения у объекта спектральной серии в спектре атома водорода (т.н. «Лайман-альфа лес"). Она обнаруживается в большинстве галактик, которые возникли позднее чем один миллиард лет после Большого взрыва, но так как учёные исследовали более раннее время, линии излучения водорода по какой-то причине становится всё сложнее увидеть.
 
Из сорока трёх наблюдаемых MOSFIRE галактик исследовательская группа обнаружила эту особенность только у одной галактики, z8-GND-5296, с значением красного смещения 7,5. Исследователи считают, что они нацелились на эпоху, когда Вселенная совершила свой переход из непрозрачного состояния, в котором водород был в основном нейтральным, до полупрозрачного состояния, когда водород был в основном ионизированным (газ, в котором электроны находятся отдельно от протонов) – эпохи реионизации.
 
Трудность обнаружения линий излучения водорода не означает, что галактики отсутствуют. Может быть, что они скрыты от обнаружения за стеной нейтрального водорода.
 
Реионизация в эпоху ранней вселенной
 
Команда наблюдателей показала, что в z8-GND-5296 формирование звезд происходит чрезвычайно быстро, производя примерно в 330 раз больше массы нашего Солнца в год. Для сравнения, Млечный Путь формирует только две-три новых звезды в год. Новый рекордсмен по дальности находится в той же части неба, как и предыдущий рекордсмен (красное смещение 7.2), что тоже является очень высокой скоростью звёзд-образования.
 
Так мы узнаем что-то новое о далекой вселенной. Получается, что существует значительно больше регионов с очень высоким звездообразованием, чем считалось ранее, так как учёные обнаружили два таких региона в одной и той же области неба.
 
Строительство и сдача в эксплуатацию крупных наземных телескопов, таких как Тридцатиметровый Телескоп на Гавайях и Гигантский Магелланов телескоп в Чили, а также 6,5-метрового космического телескопа имени Джеймса Вебба к концу этого десятилетия даст нам возможность найти ещё много таких галактик даже на больших расстояниях, что позволит нам стать свидетелями процесса формирования галактики.
 
Изображение: V. Tilvi, S.L. Finkelstein, C. Papovich, STScI/NASA.