Телескоп James Webb обнаружил сотни необычно ярких объектов в ранней Вселенной
Группа астрономов из Университета Миссури с помощью инфракрасных наблюдений космического телескопа James Webb (JWST) обнаружила 300 необычно ярких объектов в глубинах космоса. Эти объекты, отобранные с использованием специальной методики и изученные инструментами NIRCam и MIRI телескопа, могут оказаться одними из самых древних галактик, сформировавшихся в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.
Исследование, опубликованное в The Astrophysical Journal, показало, что значительная часть этих объектов обладает характеристиками, соответствующими очень высокому красному смещению — сильному сдвигу их света в красную часть спектра из-за расширения Вселенной. Высокие значения красного смещения указывают на то, что свет был испущен миллиарды лет назад, в эпоху формирования первых звезд и галактик. Однако большинство объектов, вероятно, относятся к более близким пылевым галактикам или имеют экстремально красные цвета, из-за чего кажутся более древними, чем есть на самом деле.
Среди 300 кандидатов у семи уже проведены спектроскопические измерения: шесть оказались галактиками на промежуточном расстоянии (красное смещение около 3, что соответствует 11 миллиардам световых лет), а одна подтверждена с красным смещением 8,679 — её свет был испущен более 13,1 миллиарда лет назад. Хотя сама по себе эта галактика не противоречит современным моделям, возможное существование других столь ярких объектов в столь ранние эпохи, согласующееся с предыдущими наблюдениями Webb, может дать новые подсказки о формировании массивных галактик.
Метод dropout и «Лаймановский разрыв»
Для идентификации кандидатов использовался метод dropout, основанный на физическом эффекте, известном как «Лаймановский разрыв». В очень далеких галактиках ультрафиолетовое излучение молодых звезд поглощается нейтральным водородом в межгалактическом пространстве. Это поглощение происходит на определенных длинах волн, создавая резкий «разрыв» в спектре галактики. На более коротких (синих) длинах волн сигнал почти исчезает, а на более длинных (красных) галактика вновь становится видимой.
По мере увеличения расстояния этот «разрыв» смещается в красную область из-за расширения Вселенной и связанного с ним красного смещения. Для очень далеких галактик Лаймановский разрыв может уходить далеко за пределы видимого света, оказываясь в инфракрасном диапазоне. Телескоп JWST, оснащенный инструментами NIRCam и MIRI, специально предназначен для обнаружения такого «растянутого» временем и пространством света.
Фактически, исследователи ищут объекты, которые «исчезают» на изображениях, полученных в синих длинах волн, но четко видны в красных. Это признак потенциально высокого красного смещения. После отбора кандидаты анализируются методом подгонки спектрального распределения энергии (SED fitting), который сравнивает распределение яркости объекта во всех наблюдаемых диапазонах с теоретическими моделями. Это позволяет оценить не только красное смещение, но и физические параметры, такие как масса звезд, возраст звездного населения и скорость звездообразования.
Разнообразие объектов: от близких до далеких
Анализ показал, что около двух третей объектов, вероятно, являются относительно близкими галактиками с красным смещением от 1 до 4, то есть их свет был испущен от 8 до 11 миллиардов лет назад. Эти галактики демонстрируют сильное инфракрасное излучение, вызванное большим количеством пыли или активным звездообразованием.
Однако не менее 7% выборки обладают характеристиками, соответствующими гораздо более ранним эпохам — с красным смещением выше 6, когда возраст Вселенной составлял менее миллиарда лет. Предварительные оценки указывают, что эти галактики могут иметь массы до 10^10,5 солнечных масс (31 миллиард масс Солнца) и чрезвычайно высокую ультрафиолетовую светимость, что делает их особенно ценными для изучения формирования первых космических структур.
Интересно, что около половины этих объектов имеют компактную форму, а 38% обладают дискообразной структурой. В столь раннюю эпоху существование хорошо организованных галактических дисков считалось маловероятным, но наблюдения JWST постепенно меняют эту точку зрения.
Роль спектроскопии
Окончательное подтверждение природы этих объектов возможно только с помощью спектроскопии. Этот метод позволяет разложить свет на составляющие и выявить характерные спектральные линии, давая точную информацию о возрасте, химическом составе и эволюционной истории галактики.
Пока лишь один источник был спектроскопически подтвержден как галактика ранней Вселенной, но изученная выборка представляет собой важную цель для будущих наблюдений с JWST и другими телескопами. Если даже небольшая часть кандидатов подтвердится как объекты с крайне высоким красным смещением, это может потребовать пересмотра современных теорий о быстром формировании массивных галактик в первые 500 миллионов лет после Большого взрыва.