|
Молодые галактики меняют наши представления о Вселенной
|
|
|
|
«Посмотрите на это», — говорится в сообщении Эрики. Она изучает самые первые изображения, сделанные новым космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST). Июль 2022 года, всего через неделю после того, как были опубликованы первые изображения с революционного супертелескопа. Двадцать пять лет в разработке, в сто-тысячу раз мощнее любого предыдущего телескопа, один из крупнейших и самых амбициозных научных экспериментов в истории человечества: трудно не говорить в превосходной степени, и все это правда. На строительство телескопа ушли десятилетия, потому что его нужно было сделать складным, чтобы поместить на ракету и отправить в холодный космос, на 1,5 миллиона километров от Земли. Здесь, вдали от теплового свечения Земли, JWST может обнаружить самый слабый инфракрасный свет из далекой Вселенной.
|
|
|
|
Я и не подозревал, что среди изображений есть маленькая красная точка, которая перевернет наше представление о том, как образовались первые галактики после Большого взрыва. После нескольких месяцев анализа мы с коллегами только что опубликовали наши результаты в Nature. Охота на новые виды галактик Мы с Эрикой ищем новые типы галактик. Галактики, которые пропустил почтенный космический телескоп Хаббла даже после десятилетий наблюдений за небом. Мы с ней вернулись на 15 лет назад. Мы познакомились, когда она была студенткой первого курса калифорнийского гуманитарного колледжа, а я был только что получившим докторскую степень. сразу после университета, только начинаю свою первую работу в качестве исследователя в Лос-Анджелесе. JWST был лишь отдаленным слухом.
|
|
|
Каким-то образом, много лет спустя, наши пути снова пересеклись, и теперь мы с доцентом Эрикой Нельсон из Университета Колорадо оказываемся на острие копья, атакуя первые данные вполне реального JWST. «НЛО», — называет она новые галактики, и между строк я могу прочесть гигантскую ухмылку: «ультракрасные сплющенные объекты», потому что все они похожи на летающие тарелки. На цветных изображениях они кажутся очень красными, потому что весь свет исходит в инфракрасном диапазоне, а галактики невидимы на длинах волн, видимых человеку. Инфракрасное излучение — это сверхспособность JWST, позволяющая ему наблюдать за самыми далекими галактиками. Ультрафиолетовый и видимый свет от первых звезд и галактик, образовавшихся после Большого взрыва, растягивается в результате расширения Вселенной по мере своего продвижения к нам, поэтому к тому времени, когда свет достигает нас, мы видим его как инфракрасный свет.
|
|
|
|
Все галактики Эрики похожи на блюдца, кроме одной. Я смотрю на маленькую красную точку на экране. Это не НЛО. И тут меня осенило: это что-то совсем другое. Гораздо важнее. Я запускаю аналитическую программу на маленьком булавочном уколе, и он выдает два числа: расстояние 13,1 миллиарда световых лет, масса 100 миллиардов звезд, и я чуть не выплюнул свой кофе. Мы только что открыли невозможное. Невероятно ранние, невероятно массивные галактики. На таком расстоянии свету потребовалось 13 миллиардов лет, чтобы добраться до нас, поэтому мы видим галактики в то время, когда Вселенной было всего 700 миллионов лет, что едва ли составляет 5% от ее нынешнего возраста в 13,8 миллиарда лет. Если это правда, то в этой галактике образовалось столько же звезд, сколько в нашем современном Млечном Пути. В рекордно короткие сроки. А где один, там и больше. Через день я нашел шесть.
|
|
|
|
Могли бы мы обнаружить недостающее звено астрономии? В формировании галактик существует давняя загадка. Когда мы смотрим в космос и назад во времени, мы видим, что «трупы» полностью сформированных, зрелых галактик появляются, казалось бы, из ниоткуда примерно через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Эти галактики перестали формировать звезды. Мы называем их мертвыми галактиками, и некоторые астрономы одержимы ими. Звёздный возраст этих мёртвых галактик предполагает, что они должны были сформироваться намного раньше во Вселенной, но Хаббл так и не смог обнаружить их более ранние, живые стадии. Ранние мертвые галактики — это поистине причудливые существа, в которых столько же звезд, сколько в Млечном Пути, но в 30 раз меньше. Представьте себе взрослого человека весом 100 кг, но ростом 6 см. Наши маленькие красные точки одинаково причудливы. Они выглядят как детские версии одних и тех же галактик, также весом в 100 кг и высотой 6 см.
|
|
|
|
Однако есть проблема. В этих маленьких красных точках слишком много звезд, слишком рано. Звезды формируются из газообразного водорода, и фундаментальная космологическая теория («Большого взрыва») делает точные прогнозы относительно того, сколько газа доступно для образования звезд. Чтобы произвести эти галактики так быстро, вам понадобится почти весь газ во Вселенной, чтобы превратиться в звезды почти со 100-процентной эффективностью. И это очень сложно, что является научным термином невозможного. Это открытие может изменить наше понимание того, как образовались самые ранние галактики во Вселенной. Подразумевается, что существует другой канал, ускоренный путь, который очень быстро и очень эффективно производит галактики-монстры. Быстрый путь для лучших 1%.
|
|
|
|
В некотором смысле каждого из этих кандидатов можно считать «черным лебедем». Подтверждение даже одного из них исключило бы нашу нынешнюю модель формирования галактик «все лебеди белые», в которой все ранние галактики растут медленно и постепенно. Первым шагом к разгадке этой загадки является подтверждение расстояний с помощью спектроскопии, когда мы пропускаем свет каждой из этих галактик через призму и разделяем его на радужные отпечатки пальцев. Это скажет нам расстояние с точностью до 0,1%. Он также расскажет нам, что излучает свет, будь то звезды или что-то другое, более экзотическое. Случайно, около месяца назад, JWST уже нацелился на одну из шести массивных галактик-кандидатов, и она оказалась далеким ребенком-квазаром. Квазар — это явление, которое возникает, когда газ падает в сверхмассивную черную дыру в центре галактики и начинает ярко светиться.
|
|
|
|
С одной стороны, это действительно захватывающе, потому что происхождение сверхмассивных черных дыр в галактиках также неясно, и обнаружение молодых квазаров может стать ключом к разгадке. С другой стороны, квазары могут затмить всю свою родительскую галактику, поэтому невозможно сказать, сколько там звезд и действительно ли галактика такая массивная. Может ли это быть ответом для всех? Детские квазары повсюду? Вероятно, нет, но потребуется еще год, чтобы исследовать оставшиеся галактики и выяснить это. Один черный лебедь пал, осталось пять.
|
|
|
|
Источник
|
