Телескоп Джеймса Уэбба выявил сотни ярких объектов в ранней Вселенной.

Новости МирТесен

Инфракрасные наблюдения, выполненные с помощью космического телескопа James Webb (JWST), позволили группе астрономов из Университета Миссури выявить 300 аномально ярких объектов в отдаленных областях космоса. Применение специальной методики отбора и использование инструментов NIRCam и MIRI телескопа для изучения этих объектов позволяет предположить, что они могут представлять собой одни из древнейших галактик, возникших в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.

В статье, опубликованной в The Astrophysical Journal, сообщается, что многие из этих объектов демонстрируют признаки, соответствующие очень высокому красному смещению – заметному смещению их света в красную область спектра, вызванному расширением Вселенной. Такие высокие значения красного смещения свидетельствуют о том, что свет был испущен миллиарды лет назад, в период формирования первых звезд и галактик. Тем не менее, вероятно, что большинство этих объектов – это пылевые галактики, расположенные относительно недалеко, или они имеют чрезвычайно красные цвета, что создает иллюзию большей древности.

Из трёхсот рассматриваемых кандидатов спектральный анализ уже выполнен для семи: шесть оказались спиральными системами, находящимися на умеренном удалении (с красным смещением примерно в три единицы, что соответствует расстоянию около одиннадцати миллиардов световых лет), а одна была окончательно идентифицирована как обладающая значением красного смещения 8,679 — её излучение достигло нас более чем тринадцать с одним миллиардом лет назад. Несмотря на то, что эта галактика сама по себе не опровергает существующие научные представления, вероятность наличия других объектов подобной светимости в столь ранние периоды Вселенной, соответствующая предыдущим результатам наблюдений телескопа «Джеймс Уэбб», может предоставить новые сведения о процессе формирования массивных звёздных образований.

Метод dropout и «Лаймановский разрыв»

Для определения кандидатов применялся метод dropout, опирающийся на физический эффект, известный как «Лаймановский разрыв». В ультрафиолетовом излучении молодых звезд, исходящем из очень далеких галактик, нейтральный водород в межгалактическом пространстве вызывает поглощение. Этот процесс происходит на конкретных длинах волн, формируя отчетливый «разрыв» в спектре галактики. На более коротких, синих длинах волн, сигнал практически отсутствует, тогда как на более длинных, красных, галактика вновь становится заметной.

С увеличением удалённости этот эффект смещается к более длинноволновой части спектра вследствие расширения космоса и сопутствующего ему эффекта красного смещения. Для очень далёких галактик, полоса Лаймана может переместиться за пределы видимой области, попадая в инфракрасный диапазон электромагнитного излучения. Телескоп «Джеймс Уэбб», оборудованный инструментами NIRCam и MIRI, был разработан специально для регистрации такого света, растянутого временем и пространством.

На практике, ученые выявляют объекты, которые «пропадают» на изображениях, полученных в синей части спектра, но отчетливо различимы в красной. Это свидетельствует о возможном большом красном смещении. Отобранные кандидаты затем подвергаются анализу методом подгонки спектрального распределения энергии (SED fitting), в ходе которого сравнивается распределение яркости объекта по всем наблюдаемым диапазонах с теоретическими моделями. Это позволяет не только определить красное смещение, но и оценить физические характеристики, включая массу звезд, возраст звездного населения и скорость звездообразования.

Разнообразие объектов: от близких до далеких

Согласно результатам анализа, приблизительно две трети обнаруженных объектов, скорее всего, представляют собой относительно близкие галактики со степенью красного смещения от 1 до 4. Это означает, что свет от них был испущен от 8 до 11 миллиардов лет назад. Наблюдается интенсивное инфракрасное излучение, которое, вероятно, обусловлено высоким содержанием пыли или интенсивным процессом звездообразования.

Тем не менее, приблизительно 7% отобранных объектов демонстрируют признаки, указывающие на значительно более ранние периоды времени — с величиной красного смещения выше шести единиц, когда возраст Вселенной был меньше одного миллиарда лет. Первичные расчеты свидетельствуют о том, что эти галактики могут обладать массой до 10 в степени десяти и пяти (31 масса Солнца) и демонстрировать чрезвычайно высокую интенсивность ультрафиолетового излучения, что делает их особенно полезными для исследования формирования первых крупных структур во Вселенной.

Примечательно, что около половины этих объектов имеют сжатую форму, а 38% характеризуются дискообразной структурой. В те ранние времена существование хорошо сформированных галактических дисков представлялось маловероятным, однако наблюдения телескопа JWST постепенно изменяют эту перспективу.

Роль спектроскопии

Точное определение природы данных объектов возможно только посредством спектрального анализа. Данная методика позволяет разделить свет на составляющие его компоненты и выявить специфические линии в спектре, предоставляя детальную информацию о возрасте галактики, её химическом составе и процессе эволюции.

На текущий момент спектрально подтверждена лишь одна галактика ранней Вселенной, однако исследуемая группа представляет собой ценную цель для дальнейших наблюдений с использованием JWST и других астрономических приборов. Если даже небольшая доля кандидатов будет окончательно признана объектами с исключительно высоким красным смещением, это может повлечь за собой необходимость пересмотра современных теорий относительно быстрого формирования массивных галактик в первые полмиллиарда лет после Большого взрыва.