Главная Прически

Обнаружена самая далёкая галактика, чуть младше самой Вселенной. Самая далекая звезда нашей галактики

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 .

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.

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.

Вселенная - чертовски большое место. Когда мы смотрим на ночное небо, почти все, что видно невооруженному глазу, является частью нашей галактики: звездой, скоплением звезд, туманностью. За звездами Млечного Пути проглядывает, например, галактика Треугольника. Эти «островные миры» мы находим повсюду во Вселенной, куда ни глянь, даже в самых темных и пустых клочках пространства, если только сумеем собрать достаточно света, чтобы заглянуть достаточно глубоко.

Большинство этих галактик настолько далеки, что даже фотону, летящему на скорости света, потребуются миллионы или миллиарды лет, чтобы преодолеть межгалактическое пространство. Когда-то он был испущен поверхностью далекой звезды, а теперь он, наконец, добрался до нас. И хотя скорость в 299 792 458 метров в секунду кажется невероятной, тот факт, что мы прошли всего 13,8 миллиарда лет со времен Большого Взрыва, означает, что расстояние, которое преодолел свет, все же конечно.

Вы, наверное, думаете, что самая далекая галактика от нас должна быть не дальше, чем в 13,8 миллиарда световых лет от нас, но это было бы ошибкой. Видите ли, кроме того, что свет движется с конечной скоростью через Вселенную, есть и другой, менее очевидный факт: ткань самой Вселенной расширяется с течением времени.

Решения общей теории относительности, которые вообще исключали такую возможность, появились в 1920 году, но наблюдения, которые пришли позже - и показали, что расстояние между галактиками увеличивается, - позволили нам не только подтвердить расширение Вселенной, но и даже измерить темп расширения и как он менялся со временем. Галактики, которые мы видим сегодня, были гораздо дальше от нас, когда впервые испустили свет, полученный нами сегодня.

Галактика EGS8p7 в настоящее время является рекордсменом по удаленности. С измеренным красным смещением в 8,63, наша реконструкция Вселенной подсказывает нам, что свету этой галактики потребовалось 13,24 миллиарда лет, чтобы добраться до нас. Еще немного математики, и мы обнаружим, что видим этот объект, когда Вселенной было всего 573 миллиона лет, всего 4% от ее текущего возраста.

Но поскольку Вселенная расширялась все это время, эта галактика находится не в 13,24 миллиарда световых лет от нас; на самом деле, она уже в 30,35 миллиарда световых лет. И не стоит забывать: если бы мы могли мгновенно отправить сигнал из этой галактики к нам, он покрыл бы расстояние в 30,35 миллиарда световых лет. Но если вы вместо этого отправите фотон из этой галактики к нам, то благодаря темной энергии и расширению ткани пространства он никогда нас не достигнет. Эта галактика уже ушла. Единственная причина, по которой мы можем ее наблюдать с помощью телескопов Кека и Хаббла, заключается в том, что блокирующий свет нейтральный газ в направлении этой галактики оказался достаточно редким.

Зеркало Хаббла по сравнению с зеркалом Джеймса Вебба

Но не думайте, что эта галактика самая далекая из самых далеких галактик, которые мы когда-либо увидим. Мы видим галактики на таком расстоянии настолько, насколько нам позволяет наше оборудование и Вселенная: чем меньше нейтрального газа, чем больше и ярче галактика, чем чувствительнее наш инструмент, тем дальше мы видим. Через несколько лет космический телескоп Джеймса Вебба сможет заглянуть еще дальше, поскольку будет способен улавливать свет большей длины волны (и, следовательно, с большим красным смещением), сможет видеть свет, который не блокируется нейтральным газом, сможет видеть более тусклые галактики, чем наши современные телескопы (Хаббл, Спитцер, Кек).

В теории самые первые галактики должны появиться с красным смещением в 15-20.