Самая далёкая звезда, которую нам удалось разглядеть. Насколько далека самая далекая галактика во Вселенной? (4 фото) Самая далекая планета в галактике

Астрономы из Техасского университета A&M и Техасского университета в Остине обнаружили самую далёкую из известных нам галактик. Согласно данным спектрографии, она находится на расстоянии примерно 30 млрд световых лет от Солнечной системы (или от нашей Галактики, что в данном случае не столь существенно, потому что диаметр Млечного пути - всего лишь 100 тыс. световых лет).

Самый дальний объект во Вселенной получил романтичное название z8_GND_5296.

«Восхитительно знать, что мы - первые люди в мире, кто увидел его, - сказал доктор наук Вител Тилви (Vithal Tilvi), соавтор научной работы, которая сейчас опубликована в онлайне (для бесплатного просмотра научных работ используйте сайт sci-hub.org).

Обнаруженная галактика z8_GND_5296 сформировалась через 700 млн лет после Большого взрыва. Собственно, в таком состоянии мы и видим её сейчас, потому что свет от новорожденной галактики только сейчас дошёл до нас, пройдя расстояние в 13,1 млрд световых лет. Но поскольку в процессе этого Вселенная расширялась, то на данную минуту, как показывают расчёты, расстояние между нашими галактиками составляет 30 млрд световых лет.

В новорожденных галактиках интересно то, что там идёт активный процесс формирования новых звёзд. Если в нашем Млечном пути появляется по одной новой звезде в год, то в z8_GND_5296 - примерно по 300 в год. То, что происходило 13,1 млрд лет назад, мы можем спокойно сейчас наблюдать в телескопы.

Возраст далёких галактик можно определить по космологическому красному смещению, вызванному в том числе эффектом Доплера. Чем быстрее удаляется объект от наблюдателя, тем сильнее проявляется эффект Доплера. Галактика z8_GND_5296 показала красное смещение 7,51. Около сотни галактик обладают красным смещением больше 7, то есть они сформировались до того, как Вселенной исполнилось 770 млн лет, и предыдущим рекордом было 7,215. Но лишь у нескольких галактик расстояние подтверждено по данным спектрографии, то есть по спектральной линии Лайман альфа (о ней ниже).

Радиус Вселенной составляет как минимум 39 млрд световых лет. Казалось бы, это противоречит возрасту Вселенной в 13,8 млрд лет, но противоречия нет, если учесть расширение самой ткани пространства-времени: для этого физического процесса не существует ограничения по скорости.

Учёным не совсем понятно, почему не удаётся наблюдать другие галактики возрастом до 1 млрд лет. Удалённые галактики наблюдают по чёткому проявлению спектральной линии L α (Лайман альфа), которая соответствует переходу электрона со второго энергетического уровня на первый. Почему-то у галактик младше 1 млрд лет линия Лайман альфа проявляется всё слабее. Одна из теорий состоит в том, что как раз в то время происходил переход Вселенной из непрозрачного состояния с нейтральным водородом в полупрозрачное состояние с ионизированным водородом. Мы просто не можем увидеть галактики, которые скрыты в «тумане» из нейтрального водорода.

Как же z8_GND_5296 смогла пробиться через туман нейтрального водорода? Учёные предполагают, что она ионизировала ближайшие окрестности, так что протоны смогли прорваться. Таким образом, z8_GND_5296 - самая первая из известных нам галактик, которая вышла из непрозрачного месива нейтрального водорода, наполнявшего Вселенную в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.

Космический орбитальный телескоп "Хаббл" (Hubble Space Telescope) уловил свет самой далёкой, а значит, и самой старой галактики из всех известных науке на сегодняшний день.

Звёздная система имеет кодовое название z8_GND_5296 , массу, эквивалентную 1,3 миллиардам масс Солнца, и располагается она в направлении созвездия Большой Медведицы в 13,1 миллиардах световых лет от нас. В силу удалённости от Земли в оптический телескоп её увидеть было бы невозможно, поэтому для обнаружения излучения учёные использовали приборы, фиксирующие ближний инфракрасный свет.

После получения первичных данных исследователи перепроверили их с помощью телескопов обсерватории Кека (Keck Observatory) и подтвердили расположение галактики.

"Рассмотреть столь далёкие объекты с помощью оптических телескопов невозможно. Для нас они уже невидимы. Всё видимое излучение смещается в ближний инфракрасный диапазон", — поясняет ведущий автор исследования Стивен Финкельштейн (Steven Finkelstein) из Техасского университета в Остине.

Наблюдаемое явление называется эффектом Доплера : объекты, которые удаляются от нас, кажутся красноватыми, а те, что приближается, кажутся синеватыми. Инфракрасное смещение указывает не только на то, что наблюдаемая галактика очень далека от нас, но и .

Как ни странно, звёздная система z8_GND_5296 была единственной из 43 кандидатов в удалённые галактики, у которой отчётливо наблюдались линии водорода , которые необходимы для идентификации космического объекта.

Таким образом, перед учёными встаёт вопрос о ранней истории Вселенной: как быстро свет первых галактик мог перемещаться сквозь облака межгалактического водородного газа без рассеивания?

Чтобы обнаружить свет, проходящий сквозь облака ранней Вселенной, водород должен быть ионизирован. Но парадокс заключается в том, что по стандартным астрофизическим теориям, процессы ионизации были вызваны как раз первым поколением галактик.

"Смотреть на удалённые галактики особенно интересно. Ведь в силу того, что скорость света конечна, мы видим в телескоп тот момент, когда излучение от этих объектов только было испущено. Фактически, мы смотрим сквозь пространство и время на самые ранние этапы существования Вселенной", — говорит соавтор исследования Доминик Ричерс (Dominik Riechers) из Корнельского университета.

В данном случае свет, излучаемый галактикой z8_GND_5296, будет идти до Земли 13,1 миллиарда лет, притом что возраст самой Вселенной составляет чуть менее 13,8 миллиарда лет. Поэтому астрофизики увидели через телескоп Вселенную, когда ей было всего 700 миллионов лет.

Но возраст оказался далеко не единственной отличительной особенностью галактики z8_GND_5296. Как сообщается в пресс-релизе , она производит новые звёзды в поразительном темпе — примерно 330 масс Солнца ежегодно, а это в 100 раз больше скорости звездообразования Млечного Пути.

"В ранней Вселенной звёзды могли рождаться с гораздо большей скоростью, чем мы предполагали", — пишет Финкельштейн в статье об исследовании , опубликованной в журнале Nature.

Помимо этого, Финкельштейн и его коллеги были поражены тем, сколько в этой галактике присутствует кислорода и других "тяжёлых" элементов. Прежде считалось, что такое количество элементов, которые тяжелее водорода и гелия, просто не успело бы образоваться в столь короткие сроки.

Логическое объяснение феномену исследователи нашли в результате анализа данных, полученных телескопом NASA Spitzer . Галактика z8_GND_5296, скорее всего, содержит следы взрывов гигантских звёзд, в ядрах которых уже успели синтезироваться тяжёлые элементы. Эти звёзды, по всей вероятности, были первыми в галактике, и .

"Интересно, что львиная доля тяжёлых элементов образовались на столь ранних этапах существования времён", — удивляется Финкельштейн.

Отметим, что до открытия галактики z8_GND_5296 самой старой звёздной системой считалась та, что сформировалась спустя 740 миллионов лет после Большого взрыва. Причина, по которой самая далёкая галактика Вселенной ранее не была обнаружена, заключается в том, что на пути к ней взорвалась массивная звезда и затмила "старушку" своим светом.

Впрочем, на достигнутом учёные . Но, чтобы заглянуть в ещё более далёкие времена, им придётся заменить телескоп "Хаббл" на что-то более мощное. Отличной альтернативой станет космический телескоп имени Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope), запуск которого запланирован на 2018 год.

Наука

Недавно открытый небесный объект борется за звание самого удаленного от нас наблюдаемого космического объекта Вселенной, сообщили астрономы. Этим объектом является галактика MACS0647-JD , которая расположена в 13,3 миллиардах световых лет от Земли.

Вселенная сама по себе, по предположениям ученых, имеет возраст 13,7 миллиардов лет, поэтому свет этой галактики, который мы можем видеть сегодня, является ее светом с самого начала формирования космоса.

Ученые наблюдают за объектом с помощью космических телескопов НАСА "Хаббл" и "Спицер" , а также эти наблюдения стали возможными с помощью естественной космической "увеличительной линзы". Эта линза на самом деле представляет собой огромное скопление галактик, чья общая гравитация деформирует пространство-время, производя так называемую гравитационную линзу . Когда свет далекой галактики проходит через подобную линзу на пути к Земле, он усиливается.

Вот как примерно выглядит гравитационная линза:

"Подобные линзы способны так увеличить свет объекта, что это не под силу ни одному телескопу, созданному человеком , - говорит Марк Постман (Marc Postman) , астроном из Научного института космического телескопа в Балтиморе. - Без такого увеличения надо приложить титанические усилия, чтобы разглядеть такую далекую галактику".

Новая далекая галактика очень мала, намного меньше, чем наш Млечный Путь ,- сказали ученые. Этот объект, судя по свету который дошел до нас, очень молод, он пришел к нам из эпохи, когда Вселенная сама была на самом раннем этапе своего развития. Ей было всего 420 миллионов лет, что составляет 3 процента от современного возраста.

Мелкая галактика имеет ширину всего 600 световых лет, а как известно, Млечный Путь куда больше - 150 тысяч световых лет шириной. Астрономы полагают, что галактика MACS0647-JD в конечном итоге слилась с другими мелкими галактиками, образовав более крупную.

Космическое слияние галактик

"Этот объект возможно является одним из многих строительных блоков какой-то более крупной галактики, - говорят исследователи. – За последующие 13 миллиардов лет он мог пройти через десятки, сотни или даже тысячи слияний с другими галактиками или их фрагментами".

Астрономы продолжают наблюдать за еще более дальними объектами, благодаря тому, что их техники и приборы для наблюдений совершенствуются. Предыдущим объектом, который носил звание самой далекой наблюдаемой галактики, была галактика SXDF-NB1006-2, которая расположена от Земли на расстоянии 12,91 миллиардов световых лет. Этот объект был замечен с помощью телескопов "Субару" и "Кек" на Гавайях.

На границе галактики

Самые далёкие космические объекты расположены так далеко от Земли, что даже световые годы являются смехотворно малым мерилом их удалённости. Например, самоё близкое к нам космическое тело – Луна расположено всего в 1,28 световых секунды от нас. Как же представить себе расстояния, которые световой испульс не в силах преодолеть за сотни тысяч лет? Существует мнение, что измерять такое колоссальное пространство классическими величинами некорректно, с другой стороны других у нас нет.

Самая далёкая звезда нашей Галактики расположена в направлении созвездия Весов и удалена от Земли на расстояние, которое может преодолеть свет за 400 тыс. лет. Ясно, что эта звезда находится у пограничной черты, в так называемой зоне галактического гало. Ведь расстояние до этой звезды примерно в 4 раза превышает диаметр воображаемых просторов нашей Галактики. (Диаметр Млечного Пути оценивается примерно в 100 тыс. световых лет.)

За пределами галактики

Удивительно, что самую далекую, довольно-таки яркую звезду открыли только в наше время, хотя ее наблюдали и ранее. По непонятным соображениям астрономы не обратили особого внимания на слабо светящееся пятнышко на звездном небосклоне и различающееся на фотопластинке. Что же получается? Люди видят звезду в течение четверти века и... не замечают ее. Совсем недавно американскими астрономами из обсерватории имени Лоуэлла была открыта еще одна из наиболее отдаленных звезд в периферийных пределах нашей Галактики.

Эту звезду, уже потускневшую от «старости», можно поискать на небосклоне в расположении созвездия Девы, на расстоянии примерно 160 тыс. световых лет. Подобные открытия в темных (в прямом и переносном смысле слова) участках Млечного Пути позволяют внести важные корректировки при определении истинных значений массы и размеров нашей звездной системы в сторону их значительного увеличения.

Однако, даже самые далёкие звёзды в нашей галактике расположены относительно близко. Самые далёкие из известных науке квазаров расположены более чем в 30 раз дальше.

Кваза́р (англ. quasar - сокращение от QUASi stellAR radio source - «квазизвёздный радиоисточник») представляет собой класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» - звёзд.

Не так давно американские астрономы обнаружили три квазара, относящиеся к числу самых "старых" известных науке объектов во Вселенной. Их удаленность от нашей планеты составляет более 13 миллиардов световых лет. Расстояния до далеких космических образований определяются с помощью так называемого "красного смещения" – сдвига в спектре излучения быстро движущихся объектов. Чем дальше они находятся от Земли, тем быстрее, в соответствии с современными космологическими теориями, они удаляются от нашей планеты. Предыдущий рекорд дальности был зафиксирован в 2001 году. Красное смещение обнаруженного тогда квазара оценивалось величиной 6.28. Нынешняя троица имеет смещения 6.4, 6.2 и 6.1.

Темное прошлое

Открытые квазары всего на 5 процентов "моложе" Вселенной. Что было до них, сразу после Большого Взрыва – зафиксировать сложно: водород, образовавшийся через 300 000 лет после взрыва, блокирует излучение самых ранних космических объектов. Только рост числа звезд и последовавшая ионизация водородных облаков позволяет разорвать завесу над нашим "темным прошлым".

Для получения и проверки подобной информации требуется совместная работа нескольких мощных телескопов. Ключевая роль в этом деле принадлежит космическому телескопу Хаббл и цифровому телескопу Слоан, расположенному в обсерватории Нью-Мексико.

Вселенная - чертовски большое место. Когда мы смотрим на ночное небо, почти все, что видно невооруженному глазу, является частью нашей галактики: звездой, скоплением звезд, туманностью. За звездами Млечного Пути проглядывает, например, галактика Треугольника. Эти «островные миры» мы находим повсюду во Вселенной, куда ни глянь, даже в самых темных и пустых клочках пространства, если только сумеем собрать достаточно света, чтобы заглянуть достаточно глубоко.

Большинство этих галактик настолько далеки, что даже фотону, летящему на скорости света, потребуются миллионы или миллиарды лет, чтобы преодолеть межгалактическое пространство. Когда-то он был испущен поверхностью далекой звезды, а теперь он, наконец, добрался до нас. И хотя скорость в 299 792 458 метров в секунду кажется невероятной, тот факт, что мы прошли всего 13,8 миллиарда лет со времен Большого Взрыва, означает, что расстояние, которое преодолел свет, все же конечно.

Вы, наверное, думаете, что самая далекая галактика от нас должна быть не дальше, чем в 13,8 миллиарда световых лет от нас, но это было бы ошибкой. Видите ли, кроме того, что свет движется с конечной скоростью через Вселенную, есть и другой, менее очевидный факт: ткань самой Вселенной расширяется с течением времени.

Решения общей теории относительности, которые вообще исключали такую возможность, появились в 1920 году, но наблюдения, которые пришли позже - и показали, что расстояние между галактиками увеличивается, - позволили нам не только подтвердить расширение Вселенной, но и даже измерить темп расширения и как он менялся со временем. Галактики, которые мы видим сегодня, были гораздо дальше от нас, когда впервые испустили свет, полученный нами сегодня.

Галактика EGS8p7 в настоящее время является рекордсменом по удаленности. С измеренным красным смещением в 8,63, наша реконструкция Вселенной подсказывает нам, что свету этой галактики потребовалось 13,24 миллиарда лет, чтобы добраться до нас. Еще немного математики, и мы обнаружим, что видим этот объект, когда Вселенной было всего 573 миллиона лет, всего 4% от ее текущего возраста.

Но поскольку Вселенная расширялась все это время, эта галактика находится не в 13,24 миллиарда световых лет от нас; на самом деле, она уже в 30,35 миллиарда световых лет. И не стоит забывать: если бы мы могли мгновенно отправить сигнал из этой галактики к нам, он покрыл бы расстояние в 30,35 миллиарда световых лет. Но если вы вместо этого отправите фотон из этой галактики к нам, то благодаря темной энергии и расширению ткани пространства он никогда нас не достигнет. Эта галактика уже ушла. Единственная причина, по которой мы можем ее наблюдать с помощью телескопов Кека и Хаббла, заключается в том, что блокирующий свет нейтральный газ в направлении этой галактики оказался достаточно редким.

Зеркало Хаббла по сравнению с зеркалом Джеймса Вебба

Но не думайте, что эта галактика самая далекая из самых далеких галактик, которые мы когда-либо увидим. Мы видим галактики на таком расстоянии настолько, насколько нам позволяет наше оборудование и Вселенная: чем меньше нейтрального газа, чем больше и ярче галактика, чем чувствительнее наш инструмент, тем дальше мы видим. Через несколько лет космический телескоп Джеймса Вебба сможет заглянуть еще дальше, поскольку будет способен улавливать свет большей длины волны (и, следовательно, с большим красным смещением), сможет видеть свет, который не блокируется нейтральным газом, сможет видеть более тусклые галактики, чем наши современные телескопы (Хаббл, Спитцер, Кек).

В теории самые первые галактики должны появиться с красным смещением в 15-20.