Самый далекий объект во вселенной. Найден самый дальний звездный объект во вселенной. Рентгеновский снимок Вселенной

Наука

Недавно открытый небесный объект борется за звание самого удаленного от нас наблюдаемого космического объекта Вселенной, сообщили астрономы. Этим объектом является галактика MACS0647-JD , которая расположена в 13,3 миллиардах световых лет от Земли.

Вселенная сама по себе, по предположениям ученых, имеет возраст 13,7 миллиардов лет, поэтому свет этой галактики, который мы можем видеть сегодня, является ее светом с самого начала формирования космоса.

Ученые наблюдают за объектом с помощью космических телескопов НАСА "Хаббл" и "Спицер" , а также эти наблюдения стали возможными с помощью естественной космической "увеличительной линзы". Эта линза на самом деле представляет собой огромное скопление галактик, чья общая гравитация деформирует пространство-время, производя так называемую гравитационную линзу . Когда свет далекой галактики проходит через подобную линзу на пути к Земле, он усиливается.

Вот как примерно выглядит гравитационная линза:

"Подобные линзы способны так увеличить свет объекта, что это не под силу ни одному телескопу, созданному человеком , - говорит Марк Постман (Marc Postman) , астроном из Научного института космического телескопа в Балтиморе. - Без такого увеличения надо приложить титанические усилия, чтобы разглядеть такую далекую галактику".

Новая далекая галактика очень мала, намного меньше, чем наш Млечный Путь ,- сказали ученые. Этот объект, судя по свету который дошел до нас, очень молод, он пришел к нам из эпохи, когда Вселенная сама была на самом раннем этапе своего развития. Ей было всего 420 миллионов лет, что составляет 3 процента от современного возраста.

Мелкая галактика имеет ширину всего 600 световых лет, а как известно, Млечный Путь куда больше - 150 тысяч световых лет шириной. Астрономы полагают, что галактика MACS0647-JD в конечном итоге слилась с другими мелкими галактиками, образовав более крупную.

Космическое слияние галактик

"Этот объект возможно является одним из многих строительных блоков какой-то более крупной галактики, - говорят исследователи. – За последующие 13 миллиардов лет он мог пройти через десятки, сотни или даже тысячи слияний с другими галактиками или их фрагментами".

Астрономы продолжают наблюдать за еще более дальними объектами, благодаря тому, что их техники и приборы для наблюдений совершенствуются. Предыдущим объектом, который носил звание самой далекой наблюдаемой галактики, была галактика SXDF-NB1006-2, которая расположена от Земли на расстоянии 12,91 миллиардов световых лет. Этот объект был замечен с помощью телескопов "Субару" и "Кек" на Гавайях.

Image caption Эта звезда погибла спустя всего 520 млн лет после Большого Взрыва

Гигантский взрыв сверхновой звезды на самом краю наблюдаемой Вселенной стал, судя по всему, самым удаленным событием, зафиксированным телескопом.

Астрономы считают, что гибель этой звезды, заснятая американской орбитальной обсерваторией SWIFT, произошла всего через 520 млн лет после Большого Взрыва, в котором родилась наша Вселенная.

Это означает, что световое излучение гибнущей звезды шло до Земли 13,14 миллиардов лет.

Результаты этого исследования публикуются в научном журнале Astrophysical Journal.

Обнаруженное явление получило обозначение GRB 090429B. Буквы GRB являются сокращением слов gamma-ray burst - всплеска гамма-излучения - так астрономы обозначают подобные объекты.

Рентгеновский снимок Вселенной

Эти вспышки гамма-излучения обычно сопровождают чрезвычайно бурные звездные процессы, например, окончание срока жизни гигантских звезд.

"Вероятно, это была огромная звезда, с массой раз в 30 больше нашего Солнца", - говорит руководитель группы исследователей доктор Антонино Куккиара из университета Калифорнии в Беркли.

"Пока у нас нет достаточных данных, чтобы отнести эту звезду к так называемым звездам типа Популяция III, то есть к самому первому поколению звезд, появившихся в нашей Вселенной, - считает ученый, - но мы наверняка наблюдаем один из самых ранних этапов формирования звезд".

Эти вспышки происходят в течение очень короткого времени, но их послесвечение длится иногда в течение нескольких суток, что позволяет наблюдать за развитием процесса с помощью других телескопов и определять расстояние до гамма-всплеска.

Запущенный в 2004 году спутник Swift имеет возможность быстрого, менее минуты, оптического и рентгеновского отождествления всплесков. Среди его открытий - мощные, иногда многократные рентгеновские всплески в послесвечениях, а также обнаружение послесвечений еще до окончания собственно гамма-излучения.

Гонка за древностью

Астрономы соревнуются сейчас в том, кто зафиксирует самый дальний, а значит, и самый древний объект во Вселенной.

Известный космический телескоп "Хаббл" имеет гораздо более мощные инструменты для наблюдения за такими отдаленными объектами, которые были доставлены на его борт американскими астронавтами в 2009 году.

Как возникает гамма-всплеск (ГВ)

Ученые НАСА, которые изучают снимки, сделанные телескопом "Хаббл", уже наблюдали галактики, которые находятся примерно на таком же расстоянии от нас, что и гамма-объект GRB 090429B.

Астрономы интересуются этими крайне отдаленными звездами и звездными скоплениями, поскольку они расширяют наше понимание механизмов эволюции Вселенной.

Особое внимание привлекают звезды первого поколения. Эти яркие голубые переменные возникли из молекулярных облаков, которые образовались на ранних этапах вскоре после Большого Взрыва.

Эти огромные пульсирующие звезды имели очень краткий и бурный цикл развития - всего несколько миллионов лет, порождая при своей гибели тяжелые элементы.

Их жесткое ультрафиолетовое излучение приводило к реионизации окружающих их туманностей, состоящих в основном из водорода, срывая электроны с атомов, что в свою очередь порождало ту крайне разреженную межгалактическую плазму, которая окружает нынешнее поколение звезд в нашей Галактике.

Как говорит доктор Куккиара, гамма-всплеск GRB 090429B вряд ли является одной из самых первых звезд Вселенной. Вполне вероятно, что еще до этого существовал несколько поколений звезд, о которых мы пока ничего не знаем.

В создании орбитального телескопа Swift принимали участие британские и итальянские инженеры. На его борту работает британская рентгеновская камера, фиксирующая гамма-всплески, а также компоненты ультрафиолетового оптического телескопа.

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 L α (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.

Астрономы нашли самый удаленный из известных объектов во Вселенной. Возраст галактики UDFy-38135539 составляет 13,1 миллиарда лет - то есть она образовалась спустя всего 600 миллионов лет после Большого взрыва. Исследователи описали обнаруженную ими галактику в статье в журнале Nature . Коротко о работе пишет New Scientist.

Впервые снимок галактики получил телескоп "Хаббл" в сентябре 2009 года. Излучение очень бледного объекта было сильно сдвинуто в красную область спектра - такое смещение характерно для древних объектов. Чем смещение больше, тем старше объект - а, значит, тем большее расстояние прошел свет от объекта до наблюдателя. Однако возможно и альтернативное объяснение - излучение с похожими спектральными характеристиками могут испускать объекты наподобие коричневых карликов, расположенные неподалеку от Солнечной системы.

Для того чтобы сделать выбор между этими двумя возможностями, астрономы провели непрерывные 16-часовые наблюдения найденного ими объекта с использованием 8,2-метрового телескопа Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили. Анализ собранных данных о спектре объекта позволил ученым установить, что это галактика, и она удалена от Земли на 13,1 миллиарда световых лет (именно столько лет потребовалось свету, чтобы добраться до оптики телескопа). Считается, что возраст Вселенной составляет около 13,7 миллиарда лет.

Согласно наиболее общепринятым гипотезам эволюции Вселенной, через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва протоны и электроны начали объединяться друг с другом и формировать водород. Еще через 150 миллионов лет начали образовываться первые галактики, и пространство между ними было заполнено водородом, поглощавшим свет звезд. Однако постепенно под воздействием излучения от светил водород расщеплялся на протоны и электроны (этот процесс называют реионизацией), и Вселенная постепенно становилась прозрачной. Считалось, что межгалактическое пространство более или менее расчистилось спустя приблизительно 800 миллионов лет после Большого взрыва.

Тот факт, что астрономы смогли увидеть галактику UDFy-38135539, означает, что реионизация шла полным ходом уже тогда, когда Вселенной было только 600 миллионов лет (в противном случае наблюдать UDFy-38135539 было бы невозможно). Расчеты авторов исследования показывают, что излучения только этой галактики было недостаточно для расчистки окружавшего пространства, поэтому астрономы предполагают, что UDFy-38135539 "помогали" соседние звездные скопления.

До сих пор самым удаленным из найденных во Вселенной объектов гамма-всплеск GRB 090423, который произошел около 13,1 миллиарда лет назад (по уточненным оценкам - около 13 миллиардов лет назад).

Орбитальный телескоп имени Хаббла, запущенный в 1990 году, стал главным инструментом землян, раздвинувшим видимые границы Вселенной. Заголовки «астрономы нашли самую далекую галактику» стали привычными для СМИ и научных публикаций, ведь находить самый удаленный объект действительно можно хоть каждый день. Может показаться, что качественного прорыва подобные открытия не несут: чем мощнее мы берем бинокль за городом, тем дальше мы видим.

Однако эта аналогия здесь не вполне уместна. Взяв более мощный бинокль, мы продолжаем видеть по сути одни и те же объекты - поля, реки, леса, постройки. Все это растет, движется, стоит и не падает по давно известным нам законам.

Видимый же сегодня «край» содержит объекты, испустившие свет спустя всего сотни миллионов лет после Большого взрыва. В ту эпоху Вселенная только начинала обретать очертания. Поэтому открывая самые далекие галактики мы стараемся понять не «а что там дальше?», а «с чего все начиналось?».

Красное смещение

Вселенская линейка Красным смещением называется отношение величины сдвига спектральной линии в длинноволновую сторону, к длине волны в лабораторной системе отсчета.

Для объектов, излучивших свет на заре рождения Вселенной, этот сдвиг в разы превышает саму длину волны

Вселенная постоянно расширяется, причем, чем дальше наблюдаемый на больших масштабах объект, тем быстрее он от нас удаляется. Поэтому самым удобным мерилом расстояния считается оценка покраснения объекта, вызванного эффектом Допплера. Самая далекая до последнего времени галактика соответствовала красному смещению z=8,6. Она родилась спустя 600 млн лет после Большого взрыва.

Период от 150 до 800 млн лет после Большого взрыва относится к так называемому периоду реионизации, когда первые звезды и галактики ионизовали межгалактический газ.

В статье, опубликованной в журнале Nature, астрономы под руководством Ричарда Боуэнса из Лейденского университета сообщают об открытии еще более далекой галактики с красным смещением порядка 10. Галактику UDFj-39546284 заметили в 2009 году, спустя всего три месяца после того, как на телескопе Hubble была установлена широкоугольная камера UDFj-39546284. Тусклое пятнышко, видимое на глубоком обзоре неба - не что иное как компактная галактика, состоящая из молодых голубых звезд. Свет, который мы видим от нее, испущен спустя всего 480 млн лет после Большого взрыва.

«Эти наблюдения дают нам наилучший взгляд на самые ранние объекты, которые удавалось найти», — пояснил Ричард Боуэнс.

Галактика, свет которой долетел до нас, слишком мала и юна, чтобы иметь спиральную форму или другие особенности. Ученые установили, что галактику населяли звезды возрастом 100−200 млн лет. Они образовались из газа, собранного вокруг сгустков загадочной темной материи.

По словам исследователей, в наблюдаемую эпоху юная Вселенная переживала своеобразный бэби-бум: в период с 480 до 650 млн лет после Большого взрыва число звезд увеличилось на один порядок. «Бешеный темп, с которым рождались звезды, говорит нам, что если заглянуть чуть подальше, мы увидим куда более драматичные изменения, происходившие при образовании самых первых галактик», — пояснил Гарт Иллингуорт из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.

Миновав рубеж в z=10 астрономы приблизились к «краю края». Первые 500 млн лет (при z от 1000 до 10) после Большого взрыва остаются белым пятном в принятой сегодня иерархической модели образования галактик - от звездных скоплений к эллиптическим и спиральным галактикам. Галактика UDFj-39546284 обнаружена в самом дальнем инфракрасном диапазоне, который могут наблюдать приборы телескопа Hubble. Заглянуть дальше, в самые первые годы существования Вселенной, ученые надеются при помощи телескопа имени Джеймса Вебба.