Благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба ученые обнаружили две чрезвычайно яркие галактики, которые уже существовали примерно через 350–450 миллионов лет после Большого взрыва. Их яркость является загадкой для астрономов, бросая вызов нашему пониманию того, как образовались первые галактики в ранней Вселенной.
Галактики, обнаруженные астрономами, претендуют на звание самых далеких галактик, когда-либо виденных. Обе структуры были сняты через несколько дней после начала работы JWST в июле этого года. За это время ученые тщательно проанализировали собранные данные и опубликовали свои выводы в «The Astrophysical Journal Letters» в двух статьях ( DOI: 10.3847/2041-8213/ac94d0 , DOI: 10.3847/2041-8213/ac8e6e ).
Галактики были замечены на изображениях внешних областей гигантского скопления галактик Abell 2744. Однако недавно обнаруженные галактики находятся не внутри скопления, а на много миллиардов световых лет за его пределами. Галактика под номером 1 на фотографии, иллюстрирующей текст, существовала через 450 миллионов лет после Большого взрыва. Галактика номер 2 существовала через 350 миллионов лет после Большого взрыва. Эти галактики крошечные по сравнению с нашим Млечным Путем, всего несколько процентов от его размера.
Ранние галактики
Ученым еще предстоит подтвердить расстояния до этих галактик, проанализировав спектральные свойства их света. Но если первоначальные оценки верны, эти галактики появились только через 350–450 миллионов лет после Большого взрыва. Дальнейший анализ также должен выявить скорость раннего звездообразования и содержание элементов в их составе.
Наблюдаемые галактики сильно отличаются от зрелых галактик, видимых в настоящее время вокруг нас. Кроме того, они чрезвычайно яркие, что озадачивает ученых. Вместе с другими недавними открытиями JWST эти наблюдения указывают на то, что галактики формировались и развивались раньше в истории Вселенной, чем считалось ранее.
- Все, что мы видим, новое. Уэбб показывает нам, что существует очень богатая Вселенная, превосходящая все, что мы себе представляли, — сказал Томмазо Треу из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. - В очередной раз Вселенная нас удивила. Он добавил, что эти ранние галактики очень необычны во многих отношениях.
Опубликованные предварительные результаты получены в результате более широкой исследовательской инициативы JWST и включают в себя две программы раннего выпуска науки (ERS): обзор из космоса с усилением линзы Гризм (GLASS) и научный обзор раннего выпуска космической эволюции (CEERS). Всего через четыре дня после публикации первых данных, собранных Уэббом, ученые наткнулись на эти две древние галактики.
Новая глава в астрономии
«Мы были поражены, обнаружив самый далекий звездный свет, который кто-либо когда-либо видел, всего через несколько дней после того, как Уэбб опубликовал свои первые данные», — сказал Рохан Найду из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и Массачусетского технологического института. Ученый сослался на более далекую галактику, обнаруженную в рамках программы GLASS и названную GLASS-z12. Астрономы считают, что эта структура образовалась примерно через 350 миллионов лет после Большого взрыва. Это самая далекая из когда-либо наблюдаемых галактик. Предыдущим рекордсменом была галактика GN-z11, существовавшая через 400 миллионов лет после Большого взрыва и идентифицированная в 2016 году космическими телескопами Хаббла и Кека.
«Основываясь на всех предсказаниях, мы чувствовали, что нам нужно исследовать гораздо большую область космоса, чтобы найти такие галактики», — сказал Марко Кастеллано из Национального института астрофизики в Риме.
- От этих наблюдений у меня взорвется голова. Это совершенно новая глава в астрономии. Это похоже на археологические раскопки, когда вы внезапно находите затерянный город или что-то, о чем вы не знали. Это просто потрясающе», — добавила Паола Сантини.
Загадка
«Хотя расстояния до этих ранних источников все еще нуждаются в спектроскопическом подтверждении, их чрезвычайная яркость — настоящая загадка, которая бросает вызов нашему пониманию формирования галактик», — прокомментировал Паскаль Эш из Женевского университета в Швейцарии.
Наблюдения Уэбба показывают, что необычное количество галактик в ранней Вселенной было намного ярче, чем ожидалось. Это может облегчить для JWST поиск еще большего количества ранних галактик в будущих исследованиях дальнего космоса.
Считается, что после Большого взрыва, произошедшего 13,8 млрд лет назад, Вселенная пережила т. н. Темные века, когда тьма космоса не освещалась никаким светом. Потребовалось много времени, чтобы звезды и галактики начали формироваться, что дало первый свет во Вселенной. До сих пор преобладало мнение, что галактики росли медленно в течение первых нескольких сотен миллионов лет, медленно становясь больше и ярче в хаотической среде. Но новые наблюдения JWST предполагают, что картина более сложная.
«Мы достигли чего-то невероятно увлекательного. Эти галактики, должно быть, начали сливаться всего через 100 миллионов лет после Большого взрыва. «Никто не ожидал, что Темные века закончатся так рано», — сказал Гарт Иллингворт из Калифорнийского университета в Санта-Круз.
Звезды населения III
Как и многие другие далекие галактики, обнаруженные JWST, два претендента на звание самой далекой галактики кажутся маленькими и яркими, что позволяет предположить, что они представляют собой довольно компактные дискообразные объекты. Их яркость указывает на то, что галактики развили хорошо организованные структуры многих звезд раньше, чем считалось ранее.
«Эти галактики сильно отличаются от Млечного Пути или других крупных галактик, которые мы видим вокруг нас сегодня», — сказал Треу. Обнаруженные структуры чрезвычайно яркие. Одно из объяснений состоит в том, что они могли быть очень массивными, со многими маломассивными звездами. В качестве альтернативы они могли быть менее массивными и содержать гораздо меньшее количество чрезвычайно ярких звезд, известных как звезды населения III.
Давно предполагалось, что первые звезды, родившиеся во Вселенной, звезды населения III, достигали огромных температур. Они состояли из водорода и гелия, и только внутри них образовались более тяжелые элементы. Такие чрезвычайно горячие первичные звезды не видны в нашем космическом окружении. Мы еще не видели звезд населения III. Возможно, это те самые, если нет, то Уэбб продолжит их поиски.
«Действительно, самый дальний источник очень компактен, и его цвета, кажется, указывают на то, что его звездное население практически лишено тяжелых элементов и может даже содержать звезды населения III», — сказал Адриано Фонтана, член команды GLASS.
Но Уэбб собрал огромное количество данных. Есть много других кандидатов в самые далекие галактики, но данные все еще анализируются, поэтому нам придется немного подождать новых публикаций.