Астрономія
Астрономія

Астрономи відшукали двох кандидатів на рекордно далекі галактики

Команда астрономів знайшла двох кандидатів в галактики, які знаходяться на власній відстані близько 33,4 мільярда світлових років від нас. Таким чином HD1 і HD2 могли сформуватися всього через 330 мільйонів років після Великого вибуху. І на думку вчених, вони можуть бути або квазаром, або галактиками з активним зореутворенням. Про кандидатів вчені повідомили у статті, опублікованій у журналі The Astrophysical Journal. Її також супроводжує стаття, доступна у Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, де дослідники розмірковують над походженням джерел. Якщо відкриття вдасться підтвердити, то вони стануть новими рекордсменами з дальності.

Harikane et al.

Harikane et al.

Яку найбільш далеку галактику ми знаємо?

Всесвіт почався в результаті Великого вибуху з дуже простими початковими умовами, які можна описати стандартними космологічними параметрами. Пізніше Всесвіт ставав все більш складним і спостереження за утворенням першої галактики — одне з головних завдань сучасної астрономії. І один із найпростіших підходів до досягнення цієї мети — знайти галактику безпосередньо в ранньому Всесвіті. Це об'єкти з найбільшим значенням червоного зсуву — величиною z — чим більша z, тим далі від нас знаходиться галактика, і тим у більш давній час ми її бачимо.

Сьогодні об'єктом з найбільшим підтвердженим червоним зсувом є галактика GN-z11 на z = 10,957. Нещодавно її вік вдалося підтвердити за допомогою обсерваторії Кека — GN-z11 існувала в епоху, коли вік Всесвіту становив лише 420 мільйонів років. Також серед таких об'єктів-рекордсменів є квазар J0313–1806 зі значенням червоного зсуву z = 7,642. Він володіє чорною дірою масою 1,6 мільярда сонячних.

Часова шкала історії Всесвіту від Великого вибуху і до сучасних галактик, на якій розміщені HD1 і HD2. Harikane et al., NASA, EST and P. Oesch/Yale

Часова шкала історії Всесвіту від Великого вибуху і до сучасних галактик, на якій розміщені HD1 і HD2. Harikane et al., NASA, EST and P. Oesch/Yale

Двома новими кандидатами на рекордно далекі галактики стали об'єкти HD1 і HD2, знайдені за допомогою наземних обсерваторій «Субару», VISTA, UKIRT, а також космічного телескопа «Спітцер». Їх шукали астрономи Токійського університету спільно з американськими колегами з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики, вченими з Нідерландів та Великобританії.

Де шукати перші галактики?

HD1 і HD2 знайшли як галактики розриву Лаймана (Lyman-break galaxies) — за положенням межі Лаймана у спектрі. Цей метод заснований на тому, що найдавніші зірки складаються переважно з водню, а тому в їхньому спектрі немає спектральних ліній коротших за довжину хвилі 91,15 нанометра — межі Лаймана. Вони майже повністю поглинаються нейтральним газом, що оточує області зореутворення, а тому утворюють у спектрі темну лінію або «розрив», за яким можна визначити віддалення об'єкта від Землі.

Хоча для підтвердження значення червоного зсуву цих двох джерел потрібні спектроскопічні спостереження, оцінка за допомогою межі Лаймана допомогла визначити червоний зсув HD1 як z = 13,27. Це вдалося також підтвердити повторним спостереженням за допомогою телескопа ALMA з точністю до чотирьох стандартних відхилень. Якщо вченим вдасться підтвердити відкриття, то HD1 та HD2 поруч стануть рекордно далекими галактиками з власною відстанню у 33,4 мільярда світлових років від Землі та супутньою відстанню в 13,5 мільярда світлових років. Це означатиме, що спостережуване телескопами світло від них з'явилося всього через 330 мільйонів років після Великого вибуху.

Що тоді сталося?

Попри те що на джерела ще чекає спектроскопічне підтвердження, яке допоможе уточнити значення червоного зсуву, у вчених вже є кілька гіпотез щодо природи HD1 і HD2. Спочатку дослідники припустили, що HD1 – це стандартна галактика зі спалахами зіркоутворення. Проте з огляду на її світність в ультрафіолетовому діапазоні (-23,5) вона або формує більше сотні нових світил на рік, що в 5-24 рази більше, ніж очікується для подібних, або в HD1 народжуються надзвичайно масивні зірки.

Другим варіантом є те, що спостережувана світність HD1 в ультрафіолетовому діапазоні може бути результатом акреції матеріалу чорною дірою. Тобто що HD1 є квазаром. Припускаючи, що світність HD1 створюється виключно потужністю чорної діри, вченим вдалося навіть оцінити її масу та швидкість акреції. Так, якщо HD1 або HD2 є квазаром, то маса чорної діри складе 1,2 × 10⁸ сонячної та 1,7× 10⁸ маси Сонця відповідно. При цьому темпи акреції оцінюють у 2,7 маси Сонця на рік для HD1 та 3,7 маси Сонця на рік для HD2. Причому ці оцінки на 1-2 порядки нижчі, ніж у наймасивніших чорних дір, знайдених на червоному зсуві z ∼ 7. Вчені пояснили свій підхід тим, що у них було приблизно на 440 мільйонів років більше для росту, ніж у гіпотетичних чорних дір HD1 і HD2.

Цілеспрямовані рентгенівські спостереження за джерелами можуть прояснити їхню природу, оскільки потік рентгенівського випромінювання від спалаху зореутворення нижчий, ніж очікуваний від чорної діри. За допомогою космічного телескопа імені Джеймса Вебба дослідницька група знову планує влаштувати спостереження за HD1 і HD2, щоб підтвердити або спростувати їхній статус як рекордно далеких з відомих на сьогодні зареєстрованих галактик.

Окрім найвіддаленішого квазара, nauka.ua розповідала і про знайдений найвіддаленіший радіоголосний квазар. А також про найвіддаленіший блазар — яскраве в радіодіапазоні активне ядро далекої (із червоним зсувом z = 6) галактики. А в іншого радіоголосного квазара космічна обсерваторія «Чандра» відшукала рекордно далекий рентгенівський джет, який віддалився від квазара на 163 тисячі світлових років. З тим, що було до всіх цих об'єктів, nauka.ua розбиралася у матеріалі «Всесвіт почався з Великого вибуху?».

величиною z
Це явище отримало свою назву через те, що чим далі об'єкт, тим сильніше зміщені у червоний бік лінії його спектра. Всі інші явища, які можуть використовувати цю літеру як символ, не мають жодних шансів на перемогу
власною
поняття власна та супутня відстань вказують на відстань до об'єкта. Однак якщо власна враховує розширення Всесвіту, то супутня — ні

Фото в анонсі: Harikane et al.