Аппарат Джеймса Уэбба уже переписывает учебники астрофизики, наблюдая галактики, более отдаленные, чем те, которые зафиксировал Хаббл

Группа астрономов проанализировала некоторые из первых изображений, полученных с помощью аппарата Уэбб, целью которого были 55 очень далеких галактик. Одна из них, по-видимому, находится на рекордно большом расстоянии во времени и пространстве.

Международная группа астрономов проанализировала некоторые данные с космического аппарата Джеймс Уэбб, собранные путем наблюдения за набором галактик с различными красными смещениями — смещением в сторону красного цвета в результате расширения Вселенной; чем выше красное смещение, тем ближе галактика к истокам Вселенной. Значение красного смещения 20 или выше означало бы наблюдение за происхождением первых звезд.

Целью исследования было охарактеризовать функцию светимости на высоких красных смещениях, в диапазоне от 8 до 15. Функция светимости — это инструмент, который дает нам количество галактик на интервал яркости. Это очень важно для понимания того, как крупномасштабные структуры эволюционировали с течением времени. Фактически, это помогает нам понять, как меняется плотность более ярких и более тусклых галактик, и насколько яркими и тусклыми они являются на самом деле.

В ходе своего исследования ученые наткнулись на свет галактики, которая, казалось, путешествовала гораздо дольше, чем 13,470 миллиарда лет (что соответствует красному смещению 15). После нескольких расчетов команда пришла к выводу, что рассматриваемая галактика имеет красное смещение 16,7. Это абсолютный и потрясающий рекорд, если учесть, что самая удаленная галактика, обнаруженная Хабблом, имела красное смещение 13,2.

Галактика с красным смещением 16,7

Галактика, обнаруженная командой, называется CEERS-93316 и должна была сформироваться через 233 миллиона лет после Большого взрыва. Это соответствует красному смещению 16,7. Красное смещение - это термин, который астрономы используют при обсуждении расстояний в космосе. Как мы знаем, Вселенная расширяется. Поэтому за то время, которое требуется свету, чтобы достичь нас, источники света отдаляются друг от друга. Поэтому сегодня они находятся гораздо дальше от нас, чем когда они впервые излучали свет.

Другими словами, красное смещение — это мера, описывающая, как свет от объекта "растягивается" в результате расширения Вселенной до более красных длин волн. Чем выше номер красного смещения, присвоенный галактике, тем более удаленной она является и тем раньше она появляется в космической истории.

Однако CEERS-93316 - это только то, что ученые называют кандидатом. То есть, необходимо больше доказательств, чтобы она действительно была объявлена самой удаленной галактикой из когда-либо наблюдавшихся. В доказательствах конкретного исследования используются взаимодополняющие, но различные методики, результаты которых не коррелируют между собой.

Обычно бывает так, что кандидат, найденный с помощью фотометрических исследований, должен пройти спектроскопические исследования, чтобы быть подтвержденным или отвергнутым. Основные преимущества спектроскопии заключаются в следующем:

• Его спектры дают более четкое представление о том, как свет, изначально излучаемый в видимом диапазоне длин волн, растягивался в инфракрасном диапазоне в ходе космической истории;
• Он выявляет химический состав объектов. Теория гласит, что самые первые звезды питались только водородом, гелием и небольшим количеством лития — элементами, возникшими в результате Большого взрыва. Более тяжелые атомы, которые астрономы называют "металлами", должны были быть выкованы в этих звездах и их потомках.

Обычно "красные" галактики содержат более старые звезды с высоким содержанием металлов. Более "голубые" галактики, напротив, содержат более молодое и менее богатое металлами звездное население. Например, такая галактика, как Млечный Путь, кажется, нам довольно "голубой" из-за содержащихся в ней молодых звезд.

Рекордное красное смещение 16,7, хотя оно еще не подтверждено, несомненно, будет недолгим. С тех пор как в конце июня "Джеймс Уэбб" начал научные операции, астрономы находят на его снимках все более отдаленные кандидаты. В последние дни научное сообщество сообщает данные об объектах со все более значительным красным смещением.

Например, один из первых претендентов появился в каталоге Уэбба под названием GLASS, который включал еще одну галактику, чуть менее удаленную, чем предыдущая, но находящуюся на том же изображении. "То, что мы нашли эти две яркие галактики, стало настоящим сюрпризом", — говорит Марко Кастеллано, астроном из Национального института астрофизики в Риме. Он и его коллеги не ожидали найти такие далекие галактики в этой небольшой части неба. Открытие было также подтверждено второй командой, которая независимо идентифицировала эти две галактики.

Обзор широкого неба, который проводит "Уэбб" и который называется Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS) Survey, в эти дни также опубликовал изображение другой галактики. Это еще один далекий кандидат, CEERS-J141946. Стивен Финкельштейн, руководитель исследования, назвал его Галактикой Мейзи в честь своей дочери. Этот объект имеет красное смещение 14,3, что означает, что он начал светить примерно через 280 миллионов лет после Большого взрыва. Не такой впечатляющий кандидат, как CEERS-93316, но все же замечательная перспектива по сравнению с эпохой до Джеймса Уэбба.

Другое исследование изучило самое первое изображение глубокого поля "Уэбба", опубликованное президентом США Джо Байденом 11 июля, и обнаружило две потенциальные галактики с красным смещением 16, что позволило бы отнести их всего лишь к 250 миллионам лет после Большого взрыва.

Уэбб уже переписывает учебники по астрофизике

Цель Уэбба, конечно, не только в том, чтобы бить рекорды. Можно проводить очень важные исследования галактик и их эволюции. Изучение первого снимка "Уэбба" с глубоким полем позволило обнаружить удивительно большое количество далеких галактик, имеющих форму диска.

Эти данные противоречат предыдущим теориям. В прошлые годы, используя "Хаббл", астрономы пришли к выводу, что далекие галактики имеют более неправильную форму, чем близлежащие. Последние, как и Млечный Путь, часто имеют правильные формы, например, диски. Поэтому считалось, что ранние галактики чаще всего искажались в результате взаимодействия с соседними галактиками. Но наблюдения Уэбба позволяют предположить, что удаленных дискообразных галактик в десять раз больше, чем считалось ранее. Другая статья, опубликованная в препринте, предполагает, что огромные галактики сформировались во Вселенной раньше, чем это было известно ранее.

Наконец, исследования галактической химии также показывают богатую и сложную картину, возникающую из данных Уэбба. В ходе анализа первого изображения глубокого поля был изучен свет, излучаемый галактиками с красным смещением 5 и более. Ученые обнаружили удивительное богатство таких элементов как кислород.

Это открытие снова противоречит тому, что мы знали. На самом деле, основываясь на предыдущих наблюдениях, астрономы определили, что процесс химического обогащения (в ходе которого звезды сплавляют водород и гелий для образования более тяжелых элементов) требует времени. Но открытие того, что оно происходит в первых галактиках, заставит нас переосмыслить скорость, с которой происходит звездообразование. Одним словом, похоже, что "Джеймс Уэбб" готов переписать учебники по астрофизике, по которым тысячи студентов готовились годами.

С исследованием первой галактики-кандидата на красном смещении 16,7 можно ознакомиться здесь.

С другими процитированными исследованиями можно ознакомиться в журнале Nature здесь.