|
Подтвердили открытие одной из самых далеких галактик
|
|
|
|
В декабре 2022 года астрономы, использующие Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку (ALMA), подтвердили открытие одной из самых далеких галактик, когда-либо наблюдавшихся. Слабый радиосвет, захваченный ALMA, начал свое путешествие к нам, когда Вселенной было менее 360 миллионов лет. Это невероятно далекая галактика, но насколько она далека на самом деле? Ответ немного сложен, и это зависит от того, что вы подразумеваете под расстоянием. Начнем с того, что астрономы не могут напрямую измерить расстояние до галактик, находящихся в миллиардах световых лет от нас. Вместо этого они измеряют так называемое красное смещение или z. В этом случае команда измерила определенную длину волны света, излучаемого кислородом, известную как OIII. Когда мы наблюдаем эмиссионную линию OIII в лаборатории здесь, на Земле, ее длина волны составляет 88 микрометров.
|
|
|
|
Линия OIII ALMA, наблюдаемая в этой конкретной галактике, была намного длиннее, около 1160 микрометров. Поскольку длина волны красного света больше, чем у синего, мы говорим, что наблюдаемая линия OII смещена в красную сторону или смещена в красную сторону. Зная эти два числа, вычислить z несложно. Это просто относительное красное смещение наблюдаемого света. Таким образом, z = (1160—88)/88 = 12,2. Чем больше z, тем больше красное смещение, а z = 12,2 — это самое большое подтвержденное красное смещение галактики на сегодняшний день. Так какое это имеет отношение к расстоянию? Есть два способа красного смещения света от галактики. Первый известен как доплеровский сдвиг и вызван физическим движением галактики в пространстве. Вы, вероятно, знакомы с этим эффектом в звуке. Когда поезд проносится мимо вас, его гудок звучит выше, когда поезд приближается к вам, и ниже, когда он проезжает мимо вас и откатывается. Звуковые волны группируются, когда поезд движется к вам, и имеют более высокий тон, и они растягиваются, когда поезд удаляется от вас, поэтому тон ниже. То же самое происходит и со светом. Если галактика движется к нам, ее свет имеет синее смещение, а свет — красное, если она удаляется от нас.
|
|
|
Второй способ возникновения красного смещения — это космическое расширение. Вселенная расширяется, а это означает, что свет, идущий к нам из далекой галактики, растягивает свою длину волны за счет расширения пространства. Чем дольше свет путешествует, тем больше он растягивается, поэтому тем больше он смещается в красную сторону. Это известно как космологическое красное смещение. Для далеких галактик почти все наблюдаемое нами красное смещение является космологическим. Вот откуда мы знаем, что галактики с большим красным смещением, такие как эта, находятся очень и очень далеко.
|
|
|
|
Но это все еще не говорит нам о конкретном расстоянии. Чтобы определить это, мы должны посмотреть, как Вселенная расширяется с течением времени. Сейчас есть некоторая неопределенность в отношении скорости космического расширения, известной как параметр Хаббла. Наблюдения за космическим микроволновым фоном с помощью миссии «Планк» дают значение около 68 (км/с)/Мпк, в то время как наблюдения космических аппаратов «Хаббл» и «Гайя» дают более высокое значение — около 72 (км/с)/Мпк. Чем больше значение, тем быстрее расширяется Вселенная и тем дальше находятся далекие галактики. Если мы выберем среднее значение 70 (км/с)/Мпк, то мы сможем рассчитать разумное расстояние, используя общую теорию относительности, но даже в этом случае наш ответ будет зависеть от того, как мы определяем расстояние.
|
|
|
|
Одним из определений было бы спросить, как долго свет путешествовал от галактики к нам. Это известно как время прохождения света и составляет около 13,1 миллиарда лет. Поскольку Вселенной около 13,46 миллиардов лет (исходя из выбранного нами параметра Хаббла), это означает, что свет покинул галактику, когда Вселенной было около 360 миллионов лет. Это определение полезно для астрономов, поскольку далекие галактики рассказывают нам о ранней Вселенной. Астрономам важнее знать место галактики в истории, чем расстояние до нее.
|
|
|
|
Поскольку свет путешествовал 13,1 миллиарда лет, значит ли это, что галактика находится на расстоянии 13,1 миллиарда световых лет? Не совсем. Из-за космического расширения свет путешествовал гораздо дольше, чем если бы Вселенная не расширялась. Галактика была ближе к нам, когда свет начал свое путешествие. Гораздо ближе. Если мы подсчитаем, как далеко от нас была галактика 13,1 миллиарда лет назад, мы получим 2,4 миллиарда световых лет. Итак, эта галактика находилась всего в 2,4 миллиарда световых лет от нас, но Вселенная расширилась настолько, что ее свету потребовалось 13,1 миллиарда световых лет, чтобы достичь нас.
|
|
|
|
Конечно, вы, наверное, хотите знать, как далеко сейчас находится галактика. Конечно, галактика находилась на расстоянии 2,4 миллиарда световых лет, но как только свет начал двигаться в нашу сторону, галактика продолжала удаляться от нас из-за постоянно расширяющейся Вселенной. Так где сейчас галактика? Если посчитать, окажется, что галактика сейчас находится на расстоянии около 32 миллиардов световых лет от нас. Но подождите минутку? Как мы можем увидеть галактику на расстоянии 32 миллиарда световых лет, если Вселенной меньше 14 миллиардов лет? Ответ в том, что мы не можем. Снимок галактики, сделанный ALMA, — это то, как она выглядела, когда находилась всего в 2,4 миллиарда световых лет от нас. Мы никогда не сможем увидеть, как сейчас выглядит галактика. Он слишком далеко, и Вселенная расширяется слишком быстро, чтобы этот свет достиг нас. Мы видим только оптическое эхо того, где оно было и как оно раньше появлялось. Все это достаточно странно, чтобы связать любой мозг узлом. Вот почему астрономы сосредотачиваются на красном смещении z и почему мы обычно говорим о том, сколько лет было Вселенной, когда галактический свет начал свое путешествие. Этого достаточно, чтобы сказать нам, что галактика находится далеко и видна давным-давно. Так давно и так далеко, что расстояние до него трудно определить.
|
|
|
|
Источник
|
