JWST сделал это снова. Мощный космический телескоп уже выявил наличие ярких галактик всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Теперь он ощутил свет от галактики, возникшей всего через 280 миллионов лет после Большого взрыва, самой удаленной галактики, когда-либо обнаруженной.
До появления JWST у нас не было инфракрасных телескопов с достаточно большими зеркалами, чтобы обнаруживать свет от ранних галактик. Телескоп "Хаббл" может видеть свет в ближнем инфракрасном диапазоне, но у него всего 2,4-метровое зеркало. За 500 миллионов лет существования Вселенной он обнаружил только одну галактику. Космический телескоп "Спитцер" был специализированным инфракрасным телескопом, но его зеркало было всего 85 см. У JWST не только гораздо большее зеркало, но и технология детекторов настолько продвинулась вперед, что завеса, скрывающая раннюю Вселенную, приподнимается по одной древней галактике за раз.
Одной из основных научных тем JWST является строение галактик. Нам нужно увидеть самые ранние галактики Вселенной, чтобы понять, как они формируются и эволюционируют. Через несколько недель после начала наблюдений телескоп обнаружил множество ярких галактик с красными смещениями, превышающими z=10. "Эта неожиданная популяция взбудоражила сообщество и подняла фундаментальные вопросы о формировании галактик в первые 500 миллионов лет", - пишут авторы новой статьи.
JWST постоянно отодвигает горизонт наших наблюдений, и это новейшее обнаружение показывает, что, возможно, оно еще не достигло своего предела.
Недавно открытая галактика получила название MoM-z14, и ее название было получено в ходе исследования Mirage или Miracle Survey. Это спектроскопическое исследование предназначено для подтверждения наличия галактик-кандидатов с высоким красным смещением, а z14 относится к красному смещению галактики. Это открытие удивительно, потому что астрономы ожидали обнаружить очень мало галактик с таким большим красным смещением.
Открытие представлено в новой статье под названием "Космическое чудо: удивительно яркая галактика с zspec = 14,44, подтвержденная JWST". Ведущий автор - Рохан Найду из Института астрофизики и космических исследований Массачусетского технологического института им. Кавли. Статья была отправлена в Открытый журнал астрофизики и доступна на сервере препринтов arXiv.
"JWST выявил ошеломляющую популяцию ярких галактик в удивительно ранние эпохи, z > 10, когда ожидалось мало таких источников", - пишут авторы. При красном смещении z = 14,4 эта галактика "расширяет границы наблюдений всего лишь до 280 миллионов лет после Большого взрыва". Они отмечают, что JWST обнаружил гораздо больше ярких галактик между z = 14 и 15, чем предполагалось до его запуска.
Это исследование - не просто очередное любопытство. Спектроскопическое исследование выявило интересные результаты, связанные с темой JWST "Собрание галактик".
Наблюдения показывают, что большая часть света галактики исходит от звезд, а не от активного галактического ядра (AGN). AGN - это яркие ядра галактик, которые питаются от сверхмассивных черных дыр, аккрецирующих вещество. Таким образом, MoM-z14, вероятно, содержит несколько светящихся сверхмассивных звезд, что и предсказывалось теорией о ранней Вселенной.
Соотношение азота и углерода в галактике выше, чем на Солнце. Ее химический состав напоминает древние шаровые скопления, связанные с Млечным Путем. Это означает, что звезды в галактике и в шаровых скоплениях сформировались в сходных условиях с аналогичным нуклеосинтезом и загрязнением металличности от предыдущих звезд.
"Поскольку такая картина изобилия также характерна для самых древних звезд, рожденных в Млечном Пути, мы можем быть непосредственными свидетелями формирования таких звезд в плотных скоплениях, связывающих эволюцию галактик на протяжении всего периода космического времени", - пишут авторы.
По-видимому, у этих древних ярких галактик есть две морфологии: точечная и протяженная. Связь между их морфологией и химическим составом является еще одним потенциальным звеном в эволюции галактик. "Более того, как заметили Harikane и соавторы (2024b), эти морфологические различия отражаются в структуре химического состава, сигнализируя о более глубокой связи между морфологией и эволюционными путями", - пишут авторы.
Поскольку JWST обнаружил больше древних ярких галактик, стал очевиден класс объектов, которые являются сильными излучателями азота, в том числе светящиеся маленькие красные точки. MoM-z14 может быть одним из самых насыщенных азотом объектов, когда-либо обнаруженных JWST. "Это добавляет дополнительные доказательства бимодальности размеров и химического состава при z > 10, при которой протяженные источники, как правило, слабо содержат азот, в то время как компактные источники являются сильными излучателями азота", - объясняют авторы.
Космическое научное сообщество долгое время ожидало появления JWST и его возможности наблюдать за ранней Вселенной. Хотя некоторые из его открытий были неожиданными, это исследование показывает, как астрономы находят связи между неожиданностями, обнаруженными в ранней Вселенной, и современной вселенной.
"Мы интерпретируем MoM-z14 и N-излучатели с помощью галактической археологии, связывая их распространенность с самыми древними звездами, родившимися в Млечном Пути при z=4, а также с шаровыми скоплениями", - пишут авторы в своем заключении. "N-усиление, яркость, жесткие спектры ионизации, плотность звезд, морфология, зависимость от красного смещения и доля черных дыр в этих источниках могут быть связаны с окружением, подобным шаровым скоплениям, в котором при столкновении могут образовываться необычные объекты, такие как сверхмассивные звезды".
Если Римский космический телескоп выдержит неоднократные угрозы отмены, он должен обнаружить еще сотни галактик такого типа. Всегда желательно иметь больший набор данных, который помог бы подтвердить некоторые из этих открытий или, возможно, раскрыл бы новые тайны. В любом случае, это будет прогресс. Но на данный момент космический телескоп Джеймса Уэбба заслуживает внимания за это открытие.
"Сам JWST, по-видимому, готов привести к серии масштабных расширений космических границ, ранее невообразимые красные смещения, приближающиеся к эпохе самых первых звезд, больше не кажутся далекими", - заключают исследователи.
