Astronomii de la Universitatea Texas A&M și de la Universitatea Texas din Austin au descoperit cea mai îndepărtată galaxie cunoscută de noi. Conform spectrografiei, se află la o distanță de aproximativ 30 de miliarde de ani lumină de sistemul solar(sau din Galaxia noastră, care în acest caz nu este atât de semnificativă, deoarece diametrul Căii Lactee este de doar 100 de mii de ani lumină).

Cel mai îndepărtat obiect din Univers a primit numele romantic z8_GND_5296.

„Este incitant să știm că suntem primii oameni din lume care l-au văzut”, a spus Vithal Tilvi, dr., coautor al lucrării, care a fost acum publicată online (pentru a vizualiza gratuit lucrări științifice utilizați sci-hub.org).

Galaxia descoperită z8_GND_5296 s-a format la 700 de milioane de ani după big bang. De fapt, o vedem în această stare acum, pentru că lumina din galaxia nou-născută a ajuns la noi abia acum, după ce a parcurs o distanță de 13,1 miliarde de ani lumină. Dar, deoarece în acest proces Universul s-a extins, în acest moment, după cum arată calculele, distanța dintre galaxiile noastre este de 30 de miliarde de ani lumină.

Lucrul interesant despre galaxiile nou-născute este că există un proces activ de formare a noilor stele. Dacă în nostru Calea lacteeÎn timp ce o stea nouă apare pe an, în z8_GND_5296 există aproximativ 300 pe an. Acum putem observa în siguranță ceea ce s-a întâmplat acum 13,1 miliarde de ani prin telescoape.

Vârstă galaxii îndepărtate poate fi determinată de deplasarea cosmologică către roșu, cauzată, printre altele, de efectul Doppler. Cu cât un obiect se îndepărtează mai repede de observator, cu atât efectul Doppler se manifestă mai puternic. Galaxy z8_GND_5296 a arătat o deplasare spre roșu de 7,51. Aproximativ o sută de galaxii au o deplasare spre roșu mai mare de 7, adică s-au format înainte ca Universul să aibă 770 de milioane de ani, iar recordul anterior a fost de 7,215. Dar doar câteva galaxii au distanța confirmată de spectrografie, adică de linia spectrală alfa Lyman (mai multe despre ea mai jos).

Raza Universului este de cel puțin 39 de miliarde de ani lumină. S-ar părea că acest lucru contrazice vârsta Universului de 13,8 miliarde de ani, dar nu există nicio contradicție dacă luăm în considerare expansiunea însăși a țesăturii spațiu-timp: pentru aceasta proces fizic Nu există limită de viteză.

Oamenii de știință nu sunt complet clar de ce nu este posibil să se observe alte galaxii cu o vechime de până la 1 miliard de ani. Galaxiile îndepărtate sunt observate printr-o manifestare clară a liniei spectrale L α (Lyman alfa), care corespunde tranziției unui electron de la al doilea nivel de energie la primul. Din anumite motive, în galaxiile mai mici de 1 miliard de ani, linia alfa Lyman pare din ce în ce mai slabă. O teorie este că în acel moment Universul a trecut de la o stare opacă cu hidrogen neutru la o stare translucidă cu hidrogen ionizat. Pur și simplu nu putem vedea galaxii care sunt ascunse într-o „ceață” de hidrogen neutru.

Cum a putut z8_GND_5296 să treacă prin ceața neutră de hidrogen? Oamenii de știință speculează că a ionizat împrejurimile imediate, astfel încât protonii au putut să pătrundă. Astfel, z8_GND_5296 este prima galaxie cunoscută nouă care a apărut din mizeria opac de hidrogen neutru care a umplut Universul în primele sute de milioane de ani după Big Bang.

Universul este un loc al naibii de mare. Când privim cerul nopții, aproape tot ceea ce este vizibil cu ochiul liber face parte din galaxia noastră: o stea, un grup de stele, o nebuloasă. În spatele stelelor Căii Lactee, de exemplu, se află Galaxia Triangulum. Găsim aceste „lumi insulare” oriunde ne uităm în Univers, chiar și în cele mai întunecate și mai goale buzunare ale spațiului, dacă doar putem aduna suficientă lumină pentru a privi suficient de adânc.

Cele mai multe dintre aceste galaxii sunt atât de îndepărtate încât chiar și un foton care călătorește cu viteza luminii i-ar lua milioane sau miliarde de ani pentru a călători prin spațiul intergalactic. A fost emisă cândva de suprafața unei stele îndepărtate, iar acum a ajuns în sfârșit la noi. Și în timp ce o viteză de 299.792.458 de metri pe secundă pare incredibilă, faptul că am trecut doar 13,8 miliarde de ani de la Big Bang înseamnă că distanța pe care a parcurs-o lumina este încă finită.

S-ar putea să credeți că cea mai îndepărtată galaxie de noi ar trebui să fie la cel mult 13,8 miliarde de ani lumină, dar ar fi greșit. Vedeți, pe lângă faptul că lumina se mișcă cu o viteză finită prin Univers, există un alt fapt, mai puțin evident: țesătura Universului însuși se extinde în timp.

Soluții teorie generală relativitatea, care exclude cu totul această posibilitate, a apărut în 1920, dar observațiile care au venit mai târziu - și au arătat că distanța dintre galaxii crește - ne-au permis nu numai să confirmăm expansiunea Universului, ci chiar să măsurăm viteza de expansiune și cum s-a schimbat în timp. Galaxiile pe care le vedem astăzi erau mult mai departe de noi când au emis pentru prima dată lumina pe care o vedem astăzi.

Galaxy EGS8p7 deține în prezent recordul pentru distanță. Cu o deplasare spre roșu măsurată de 8,63, reconstrucția noastră a universului ne spune că luminii din această galaxie a durat 13,24 miliarde de ani pentru a ajunge la noi. Mai multă matematică și vom descoperi că vedem acest obiect când universul avea doar 573 de milioane de ani, doar 4% din vârsta sa actuală.

Dar, din moment ce Universul s-a extins în tot acest timp, această galaxie nu se află la 13,24 miliarde de ani lumină distanță; de fapt, este deja la 30,35 miliarde de ani lumină distanță. Și să nu uităm: dacă am putea trimite instantaneu un semnal din această galaxie către noi, aceasta ar acoperi o distanță de 30,35 miliarde de ani lumină. Dar dacă în schimb ne trimiți un foton din această galaxie, atunci mulțumesc energie întunecată iar expansiunea țesăturii spațiului nu va ajunge niciodată la noi. Această galaxie a dispărut deja. Singurul motiv pentru care îl putem observa cu telescoapele Keck și Hubble este că gazul neutru care blochează lumina în direcția acestei galaxii se dovedește a fi destul de rar.

Oglinda Hubble în comparație cu oglinda James Webb

Dar să nu credeți că această galaxie este cea mai îndepărtată dintre cele mai îndepărtate galaxii pe care le vom vedea vreodată. Vedem galaxiile la o asemenea distanță atât cât ne permit echipamentul nostru și Universul: cu cât gazul mai puțin neutru, cu atât galaxia este mai mare și mai strălucitoare, cu atât instrumentul nostru este mai sensibil, cu atât vedem mai departe. În câțiva ani, telescopul spațial James Webb va putea privi și mai departe, deoarece va putea capta lumina cu lungimi de undă mai mari (și, prin urmare, deplasare mai mare spre roșu), va putea vedea lumina care nu este blocată de gaz neutru, vor putea vedea galaxii mai slabe decât telescoapele noastre moderne (Hubble, Spitzer, Keck).

În teorie, primele galaxii ar trebui să apară la o deplasare spre roșu de 15-20.

Galaxy z8_GND_5296 (vizibil în insert) este cea mai veche galaxie pentru care astronomii i-au măsurat cu precizie distanța. S-a format la aproximativ 700 de milioane de ani după , și formează stele într-un ritm incredibil de rapid. Furnizat de: V. Tilvi(Texas A&M) S. Finkelstein(UT Austin), echipa CANDELS și HST/NASA.

„Cea mai îndepărtată galaxie este deja vizibilă!” N-am mai auzit de ea? (Vezi de exemplu). Deși este adevărat că astronomii se deplasează din ce în ce mai mult înapoi în timp cu instrumente mai bune, există probleme fundamentale, atât la observarea, cât și la măsurarea distanțelor până la cele mai vechi galaxii din spațiu.

De aceea, această nouă observație a unei galaxii care s-a format la aproximativ 700 de milioane de ani după Big Bang este importantă. Deși multe galaxii care s-au format în această epocă au fost identificate, astronomii au măsurat doar distanța exactă a cinci dintre ele. Această galaxie este a șasea și cea mai îndepărtată din grup. Poate chiar mai important decât măsurarea distanței, cercetătorii au stabilit că această galaxie produce noi stele la un ritm de 100 de ori mai rapid decât în ​​prezent. Acest lucru indică faptul că galaxiile timpurii ar fi fost mai agresive decât se credea anterior.

Nou articol publicat în revistă Natură (avertisment paywall), descrie o măsurătoare a unei galaxii descoperită de Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), care folosește un spectrograf în infraroșu pe telescopul Keck din Hawaii. Din cauza acestei distanțe mari, această galaxie nu este vizibilă în intervalele optice, dar este cea mai strălucitoare sursă din infraroșu, atât pentru Hubble, cât și pentru . Redshift, dacă vă amintiți, este o măsură a cât de repede pare o galaxie să se îndepărteze de noi pe măsură ce Universul se extinde; cu cât deplasarea spre roșu este mai mare, cu atât următoarea galaxie- și prin urmare, cu cât mai înapoi în timp a emis lumina pe care o vedem. Pe măsură ce Universul crește, el întinde proporțional lungimea de undă a luminii. În acest caz, lumina optică (vizibilă) sau chiar emisia ultravioletă, obișnuită în stele, este deplasată spre roșu în partea infraroșu a spectrului.

În acest caz, astronomii au măsurat deplasarea către roșu a galaxiei z8_GND_5296 (acesta este un nume de neuitat pentru tine) la 7,51, ceea ce o situează la aproximativ 13 miliarde de ani lumină distanță. Ei au determinat acest număr prin măsurarea emisiei de Lyman alfa (Ly α) din hidrogenul gazos, care este cel mai comun și dificil de măsurat pe distanțe atât de mari. Lumina Ly α din hidrogenul gazos din locația noastră este de aproximativ 11 nanometri, exact în partea ultravioletă a spectrului, dar emisia corespunzătoare de la z8_GND_5296 este de aproximativ 1034 nanometri, care se află în partea infraroșu a spectrului. (Pentru a obține deplasarea spre roșu, împărțiți număr mai mare cu cel mai mic și scădeți 1. Din păcate, relația dintre redshift și distanță nu este atât de simplă).

Cu toate acestea, nu fiecare galaxie la distanțe comparabile are emisii Ly α măsurabile: ceva pare să blocheze cea mai mare parte a acestei lumini să ajungă la noi. Ideea principală este un gaz intergalactic neutru care împrăștie lumina, dar există și câteva galaxii observate care susțin această ipoteză. Drept urmare, deși există zeci de galaxii cu deplasări spre roșu mai mari de 7 (determinate nu de spectru, ci de culoarea aparentă a galaxiei), deplasările spre roșu nu pot fi verificate dublu pentru majoritatea. Această lucrare raportează despre 43 de galaxii, dar doar una dintre acele exemple a avut emisii Ly α măsurabile.

Mai interesant, galaxia z8_GND_5296 este relativ bogată în „metale”: elemente mai grele decât heliul. Deoarece aceste elemente sunt produse de stele și nu de Big Bang, acest lucru indică faptul că această galaxie emite lumina pe care o vedem foarte repede, chiar și în timp.

Pentru a susține această afirmație, autorii prezentului studiu au descoperit că z8_GND_5296 și o galaxie similară desemnată GN 108036 au rate foarte mari de formare a stelelor, transformând echivalentul a 330 de mase în stele noi. Aceasta este de peste 100 de ori rata de formare a stelelor în Calea Lactee și este comparabilă cu unele dintre cele mai extreme galaxii care formează stele. Anterior se credea că acestea sunt rare, așa că astronomii ar putea avea nevoie să-și revizuiască estimările cu privire la cât de repede au fost create stele noi în galaxiile timpurii.

Indiferent, va fi interesant să vedem cum sunt alte galaxii timpurii pe măsură ce observațiile noastre se îmbunătățesc. Fără aceasta, nu vom ști dacă z8_GND_5296 este rar în formarea stelară extremă sau nu vom înțelege de ce este relativ luminos în emisiile Ly α, în timp ce frații săi nu sunt. Și poate că vom găsi o discrepanță în timp între epoca fără galaxii și primele galaxii care s-au format.

Când privești cerul într-o noapte întunecată pe vreme senină, vezi multe stele. Cu toate acestea, aproape toate sunt situate în galaxia noastră, Calea Lactee. Chiar și cele mai îndepărtate pe care le puteți vedea fără telescop sunt la mai puțin de douăzeci de mii de ani lumină de Pământ. Aceasta poate părea o distanță gigantică, dar spațiul este mult mai mare decât împrejurimile noastre imediate. Este cu adevărat uriaș și de aceea este incredibil de dificil pentru oamenii de știință să studieze stelele din afara galaxiei noastre. Cel mai îndepărtat luminare care a fost izolat de strălucirea străină din jurul său este situat la o distanță de numai 55 de milioane de ani lumină de noi.

Realizări științifice

Cu toate acestea, dacă astronomii au dreptate, acest record a fost doborât recent. Potrivit unui articol publicat în luna martie a acestui an în revista Nature Astronomy, a fost zdrobită în bucăți, măturată și călcată în picioare. S-a dus la o stea care este, gândiți-vă, la 14 miliarde de ani lumină distanță de noi! Trebuie remarcat faptul că astronomii reușesc adesea să discearnă obiecte îndepărtate de planeta noastră. Folosind telescoape, ei pot vedea cele mai strălucitoare supernove la 10 miliarde de ani lumină distanță. Cu toate acestea, stelele obișnuite nu pot fi văzute nici măcar la o distanță de sute de ori mai mică. Și aici menționăm pentru prima dată „lentila gravitațională”.

Acest fenomen are loc atunci când masa enormă a unei galaxii, sau chiar a unui grup de galaxii, se îndoaie, distorsionează și amplifică lumina care provine în spatele ei. Acest fenomen este posibil datorită faptului că astfel de obiecte îndoaie de fapt chiar spațiul din jurul lor. Galaxiile care creează efectul lentilelor gravitaționale își „măresc” luminozitatea în medie de 50 de ori.

Stele îndepărtate

Steaua în cauză astăzi se află în spatele unui grup de galaxii la 6 miliarde de ani lumină distanță, iar lumina sa a fost amplificată de peste 2.000 de ori! În cataloagele științifice este listată ca MACS J1149 Lensed Star 1. Cu toate acestea, oamenii de știință care au descoperit-o i-au dat și un nume neoficial - Icarus. Le mulțumim foarte mult pentru asta, este mult mai convenabil și pentru noi.

Icar a fost depistat, din întâmplare, când cercetătorii s-au uitat la imaginile supernovei luate de Telescopul Spațial Hubble în 2016 și 2017. Nu departe de ea au observat un mic punct luminos. S-a schimbat luminozitatea în timp, dar deloc în același mod ca și supernovele. Schema de culori a luminii provenite de la acest obiect a rămas neschimbată timp de multe luni. O analiză ulterioară a arătat că avem de-a face cu o supergigantă albastră.

Aceste stele sunt mult mai mari, mai masive, mai fierbinți decât Soarele și de sute de mii de ori mai strălucitoare. Acesta este un reamintire atât de mic că orice fenomen din spațiu poate avea proporții cu adevărat cosmice. Toate supergiganții albaștri au caracteristici similare, așa că comparând lumina lui Icar cu lumina obiectelor similare din galaxia noastră, astronomii au reușit să calculeze distanța acesteia. S-a dovedit că steaua are 9 miliarde de ani și, datorită faptului că Universul se extinde, acum se afla la 14 miliarde de ani lumină distanță.

Cum a reușit Icar să-și mărească imaginea de 2000 de ori când valoarea normală a lentilei gravitaționale este de doar 50? Răspunsul sunt microlentile. Acestea sunt obiecte mici situate în interiorul lentilelor mari. Acestea pot fi stele individuale, oferind o aproximare suplimentară a „imaginei”. Lentile în lentile. Acest efect nu durează mult deoarece microlentilele se deplasează în mod constant din poziția dorită și revin la ea din nou. Cu toate acestea, dacă acordăm o atenție deosebită la ceea ce se întâmplă, se deschid oportunități enorme în fața noastră. Folosind microlensing, oamenii de știință au reușit să găsească chiar planete în afara Căii Lactee!

Telescopul spațial Hubble a captat lumina din cea mai îndepărtată și, prin urmare, cea mai veche galaxie cunoscută astăzi de știință.

Sistemul stelar poartă numele de cod z8_GND_5296, are o masă echivalentă cu 1,3 miliarde de mase solare și este situat în direcția constelației. Ursa Major La 13,1 miliarde de ani lumină distanță. Datorită distanței sale de Pământ, ar fi imposibil să-l vezi printr-un telescop optic, așa că pentru a detecta radiația, oamenii de știință au folosit instrumente care detectează lumina în infraroșu apropiat.

După ce au primit datele inițiale, cercetătorii le-au verificat de două ori folosind telescoape la Observatorul Keck și au confirmat locația galaxiei.

„Este imposibil să vedem obiecte atât de îndepărtate folosind telescoape optice. Nu mai sunt invizibile pentru noi. Toată radiația vizibilă este mutată în domeniul infraroșu apropiat”, explică autorul principal al studiului, Steven Finkelstein, de la Universitatea din Texas.

Fenomenul observat se numește efect Doppler: obiectele care se îndepărtează de noi par roșiatice, iar cele care se apropie par albăstrui. Deplasarea în infraroșu indică nu numai că galaxia observată este foarte departe de noi, ci și.

În mod ciudat, sistemul stelar z8_GND_5296 a fost singurul dintre cei 43 de candidati pentru galaxii îndepărtate în care liniile de hidrogen, care sunt necesare pentru identificarea unui obiect cosmic, au fost observate în mod clar.

Astfel, oamenii de știință se confruntă cu întrebarea istoria timpurie Univers: Cât de repede ar putea lumina primelor galaxii să călătorească prin norii de hidrogen gazos intergalactic fără să se împrăștie?

Pentru a detecta lumina care trece prin norii Universului timpuriu, hidrogenul trebuie ionizat. Dar paradoxul este că, conform teoriilor astrofizice standard, procesele de ionizare au fost cauzate tocmai de prima generație de galaxii.

„Privirea la galaxii îndepărtate este deosebit de interesantă, deoarece viteza luminii este finită, vedem printr-un telescop momentul în care tocmai a fost emisă radiația de la aceste obiecte existența Universului”, spune coautorul studiului Dominik Riechers de la Universitatea Cornell.

În acest caz, lumina emisă de galaxia z8_GND_5296 va dura 13,1 miliarde de ani pentru a ajunge pe Pământ, în ciuda vârstei Universului însuși fiind puțin sub 13,8 miliarde de ani. Prin urmare, astrofizicienii au văzut Universul printr-un telescop când avea doar 700 de milioane de ani.

Dar vârsta era departe de a fi singura trăsătură distinctivă galaxii z8_GND_5296. Potrivit unui comunicat de presă, produce noi stele la o rată uimitoare de aproximativ 330 de mase solare anual, ceea ce reprezintă de 100 de ori rata de formare a stelelor din Calea Lactee.

„În Universul timpuriu, este posibil ca stelele să se fi născut într-un ritm mult mai rapid decât credeam”, scrie Finkelstein într-o lucrare despre cercetarea publicată în revista Nature.

În plus, Finkelstein și colegii săi au fost uimiți de cât de mult oxigen și alte elemente „grele” erau prezente în această galaxie. Anterior, se credea că un astfel de număr de elemente care sunt mai grele decât hidrogenul și heliul pur și simplu nu ar avea timp să se formeze într-un timp atât de scurt.

Cercetătorii au găsit o explicație logică a fenomenului ca urmare a analizei datelor obținute de telescopul Spitzer NASA. Galaxy z8_GND_5296 conține cel mai probabil urme de explozii de stele gigantice, în miezurile cărora au fost deja sintetizate elemente grele. Aceste stele, după toate probabilitățile, au fost primele din galaxie și.

„Este interesant că partea leului de elemente grele s-a format în stadii atât de timpurii ale existenței timpului”, se minunează Finkelstein.

Rețineți că înainte de descoperirea galaxiei z8_GND_5296, cel mai vechi sistem stelar era considerat a fi cel care s-a format la 740 de milioane de ani după Big Bang. Motivul pentru care cea mai îndepărtată galaxie a Universului nu fusese descoperită anterior este că o stea masivă a explodat în drum spre ea și a eclipsat-o pe „bătrâna doamnă” cu lumina sa.

Cu toate acestea, oamenii de știință au realizat ceea ce au realizat. Dar pentru a analiza vremuri și mai îndepărtate, ei vor trebui să înlocuiască telescopul Hubble cu ceva mai puternic. O alternativă excelentă ar fi telescopul spațial James Webb, programat să fie lansat în 2018.