Самая далекая галактика во вселенной
Обнаружена самая далёкая галактика: 30 млрд световых лет от Земли
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 Lα (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.
Насколько далека самая далекая галактика во Вселенной?
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.
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.
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.
GN-z11 – самая далёкая галактика
GN-z11 – галактика в созвездии Большая Медведица настолько удалена, что считается самым удаленным от нас объектом. Она находится на границе видимой Вселенной на расстоянии 13,4 миллиарда световых лет или 134 нониллиона км (это 134 с 30 нулями) от Земли. Это означает, что свет, который мы видим от нее, ушел 13,4 миллиарда лет назад. По расчетам, галактика образовалась через 400 миллионов лет после Большого взрыва. Это небольшая галактика, которая имеет диаметр 4000 световых года. Она в 100 раз менее массивная, чем галактика Млечный Путь.
История обнаружения GN-z11
Галактика GN-z11 была первоначально замечена космическим телескопом Хаббла в 2016 году. Команда астрономов использовали телескоп Keck I на Гавайях, чтобы подтвердить ее возраст и расстояние. На момент её открытия ученые подсчитали, что она находился на расстоянии 13,4 миллиарда световых лет. Спектроскопические наблюдения показывают, что галактика находится еще дальше, чем первоначально предполагалось, прямо на пределе расстояния, которое может наблюдать Хаббл.
Астрономы измеряют расстояние до галактики, определяя ее красное смещение, которое является измерением того, как быстро она удаляется от Земли. Поскольку Вселенная расширяется, каждый объект в небе, который не связан гравитацией с нашей галактикой, удаляется от нас. В этом случае, свет этих объектов растягивается на более длинные и, следовательно, более красные длины волн. Чем дальше галактика, тем больше красное смещение.
Определение расстояния от нас
Чтобы определить, как далеко GN-z11 находится от Земли, были изучены её спектральные особенности, поскольку изучение наблюдений, сделанных космическим телескопом Хаббла, было ограниченным.
Ученые использовали более современный наземный спектрограф, инструмент для измерения эмиссионных линий, называемому MOSFIRE, который установлен на телескопе Keck I на Гавайях. Был проанализирован ультрафиолетовый свет, так как именно в этой области электромагнитного спектра ожидалось найти красные химические сигнатуры.
Используя спектроскопические наблюдения в ближнем инфракрасном диапазоне исследователи обнаружили, что красное смещение GN-z11 равно z = 10,957. Это позволило сделать гораздо точную оценку расстояния, чем это было возможно из предыдущих данных.
Несмотря на то, что эта галактика находится очень далеко, астрономы надеются, что она содержит информацию, которую мы можем узнать о нашей собственной галактике и Вселенной.
Мы узнали, что галактика была маленькой, но оживленной. Она рождала новые звезды с бешеной скоростью, главным образом потому, что у него все еще было огромное количество водорода и гелия — сырья для создания звезд.
Несмотря на свою молодость, некоторые из её звезд уже погасли. Умирая, они засыпали галактику более тяжелыми элементами, созданными самими звездами. Это означает, что свет, который мы видим от GN-z11, исходит от звезд второго поколения – тех, которые включали элементы, произведенные первым поколением. Поэтому астрономы продолжают искать галактики, которые находятся еще дальше — населенные самыми первыми звездами.
Поскольку мы видим GN-z11 таким, каким он выглядел раньше, мы понятия не имеем, как он выглядит сегодня — и никогда не узнаем. Из-за продолжающегося расширения Вселенной она удаляется от нас так быстро, что свет, который она излучает в космос сегодня, не может двигаться достаточно быстро, чтобы достичь Земли. Так что когда-нибудь в будущем галактика GN-z11 просто исчезнет из виду и навсегда затеряется в далекой вселенной.
