В отличие от большинства других образований ранней Вселенной, галактика JADES-GS-z14-0 характеризуется значительной протяженностью и низкой плотностью. В связи с этим, ученые полагают, что основную долю ее свечения обеспечивают звезды, а не активная область в центре. Таким образом, она представляет собой перспективный объект для изучения процесса быстрого формирования галактик в первые миллионы лет после Большого взрыва. В рамках нового исследования, наличие кислорода стало важным фактором для понимания истории JADES-GS-z14-0.
До того как Вселенная достаточно остыла после Большого взрыва, в ней смогли образоваться только самые простые молекулы. Кислород не был среди них, поскольку его появление стало результатом деятельности первых звезд.
Обнаружение интенсивной эмиссионной линии, связанной с двукратно ионизированным кислородом при значительном красном смещении ([O III]-88мкм), указывает на наличие газовых облаков, ионизированных молодыми звездами. Излучение этих звезд вырывает электроны из молекул кислорода. Этот признак также ассоциируется с низкой металличностью галактик. Подобные физические условия, вероятно, характерны для самых ранних образований во Вселенной. Однако, до изучения галактики JADES-GS-z14-0 (GS-z14) попытки обнаружить эту линию в древних галактиках с помощью радиотелескопа ALMA не привели к убедительных результатов).
GS-z14 рассматривалась как один из вероятных кандидатов на роль древнейшей галактики, выявленной в ходе исследований, проведенных в 2023 году. Более поздние наблюдения позволили ученым убедиться, что это действительно самая древняя галактика, известная в настоящее время. Она предстает перед нами в том виде, в котором существовала примерно через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Однако установить точное красное смещение оказалось затруднительно, поскольку различные измерения давали неоднозначные результаты.
Недавно ученые представили исследование GS-z14 по данным с инструментов космического телескопа «Джеймс Уэбб». Применив компьютерное моделирование, они оценили массу звезд, скорость их формирования и подтвердили наличие в галактике значительного количества кислорода.
Согласно двум недавним публикациям, две отдельные исследовательские команды представили данные, полученные с помощью радиотелескопа ALMA, касающиеся объекта GS-z14. В работах рассматривается эволюция и условия, существовавшие в ранней галактике опубликована в журнале Astronomy & Astrophysics, а более подробный разбор значимости линии кислорода — в журнале The Astrophysical Journal.
«Похоже, мы обнаружили подростка там, где рассчитывали увидеть только детей. Полученные данные свидетельствуют о том, что эта галактика не только быстро образовалась, но и быстро эволюционировала, что подтверждает наличие доказательств того, что формирование галактик происходит значительно быстрее, чем предполагалось», — объяснил Сандер Схауз, ведущий автор второго исследования, является ученым из Лейденской обсерватории.
В самой старой галактике количество тяжелых элементов оказалось значительно выше ожидаемого – примерно в 10 раз. На основании анализа линии кислорода было уточнено красное смещение галактики, составившее около 14,18. Этот показатель соответствует оценке, полученной при изучении линии углерода, достоверность обнаружения которой ученые пока не подтвердили.
Предыдущие измерения красного смещения для GS-z14 колебались в пределах от 14,12 до 14,4, однако при упоминании объекта чаще всего указывали значение 14,32, полученное на основе линии водорода. Замеченное расхождение может быть связано с присутствием значительного количества газа в окрестностях GS-z14, что оказывает влияние на показатели, определяемые по линии водорода. Наличие газа свидетельствует о том, что древняя галактика продолжает формироваться и увеличиваться в размерах.
Учитывая скорость звездообразования, составляющую около 25 солнечных масс в год, и спектральную линию кислорода в древней галактике GS-z14, она имеет характеристики, схожие с современными карликовыми галактиками. Кроме того, исследователи в новых публикациях предполагают, что молодые звезды в GS-z14 активно удаляют газ из межзвездной среды.
«Благодаря наблюдениям, проведенным с использованием радиотелескопа ALMA, ученым удалось с высокой точностью, в пределах 0,005 процента, определить расстояние до галактики. Достигнутый уровень детализации, эквивалентный отклонению в пять сантиметров на расстоянии в километр, позволяет получить более глубокое понимание характеристик удаленных галактик», — объяснила Элеонора Парлати, соавтор исследования, которое было опубликовано в Astronomy & Astrophysics.
В ходе исследования было установлено, что для изучения древних галактик требуются наблюдения, выполненные с использованием различных инструментов и в разных спектральных диапазонах. Использование линии кислорода позволило исследователям уточнить расстояние до галактики и определить условия, существующие внутри неё. Авторы предложили обоснованные гипотезы о процессе выталкивания газа из межзвездной среды и о наличии газового облака, окружающего галактику, однако для их проверки необходимы дополнительные сведения.
Несмотря на усилия, ученым не удалось установить концентрацию пыли в галактике GS-z14. Для детального изучения старейшей из известных галактик необходимы более длительные и всесторонние наблюдения.