Обнаружена самая дальняя галактика вселенной. Найден самый дальний звездный объект во вселенной Самый далекий объект выпущенный с земли

Телескоп Swift обновил собственный рекорд, зафиксировав свет от самого далекого объекта во Вселенной. Объект взорвался, превратившись в черную дыру, всего через 350 млн лет после Большого взрыва.

Утром пятницы 5 февраля, в 7.18:43 по московскому времени, гамма-телескоп BAT на борту научного спутника Swift заметил резкую вспышку гамма-излучения со стороны созвездия Льва. Поток высокоэнергичных квантов нарастал около восьми секунд, а затем стал падать; через полминуты после начала небесный фейерверк в гамма-диапазоне закончился.

Меньше чем через три минуты Swift уже успел развернуться в сторону вспышки своим рентгеновским телескопом XRT и увидел новый источник рентгеновских квантов, яркость которого стремительно падала. Сомнений больше не было: это гамма-всплеск, грандиозный космический взрыв, отмечающий рождение черной дыры где-то в глубинах космоса. По всем обсерваториям мира разошлись циркуляры с призывами наблюдать GRB100205A (такое обозначение получила вспышка) в оптическом и инфракрасном диапазонах. В сообщениях уточнялось, что собственный оптический телескоп «Свифта», UVOT, не смог ничего разглядеть на месте взрыва -- ни в оптике, ни в ультрафиолете.

В плотной и теплой Вселенной

Красное смещение Астрономы измеряют расстояние с помощью величины красного смещения z, масштаба увеличения длины световых волн. Оно показывает, во сколько раз увеличился наш мир за время путешествия света. z=0 соответствует здесь и сегодня, а если z равно, скажем, трем, свет был испущен, когда Вселенная была в z+1, то есть в четыре раза меньше. Сколько это в световых годах, зависит от истории расширения Вселенной.

Похоже, неудаче маленького UVOT и многих наземных инструментов среднего калибра, пытавшихся поймать космическую вспышку, есть очень простое объяснение: GRB100205A -- рекордно далекий всплеск. По предварительным данным, его красное смещение z оценивается величиной от 11 до 13,5, а значит, черная дыра, появлению которой он салютовал, родилась всего через 300-400 млн лет после Большого взрыва. , GRB090423, пойманный тем же «Свифтом» в прошлом году, всплеснул в почти вдвое старшей Вселенной: от начала времен его отделяли 630 млн лет.

350 млн лет -- очень небольшой возраст: в это время Вселенная была в 13 раз меньше, а значит, в 2 тыс. раз плотнее, чем в наши дни! Водород и гелий, сваренные в первые три минуты после Большого взрыва, еще только стекались в растущие потенциальные ямы самых первых, карликовых галактик, а кроме водорода и гелия вокруг ничего не было. И все это было погружено в тепловую баню вездесущего реликтового излучения, температура которого была почти 40 градусов по Кельвину, а плотность -- в 25 тыс. раз выше, чем сейчас.

Впрочем, вслух астрономы пока не заявляют о новом рекорде. Массивные звезды -- а только они, по современным представлениям, способны порождать гамма-всплески и превращаться в черные дыры -- живут всего несколько миллионов лет -- совсем чуть-чуть по сравнению с оценкой возраста Вселенной на момент взрыва. Но вот как они могли родиться в ту эпоху -- в тепле, без тяжелых элементов, в галактиках небольшой плотности, -- большой вопрос. Именно поэтому ученые, с положенным им консерватизмом, пока говорят о «кандидате в гамма-всплески на z~11–13,5».

Косвенные улики

Впрочем, прямых доказательств рекордной дальности -- например спектра, в котором были бы видны линии, сдвинутые с измеренных в лаборатории позиций в 12-14 раз, -- у ученых действительно нет. Зато, как на суде против Дмитрия Карамазова, полно косвенных свидетельств.

Во-первых, уже отмеченная неспособность большинства инструментов увидеть сам гамма-всплеск (вернее его оптическое послесвечение) даже в первые часы после вспышки. Во-вторых -- подозрительно небольшое поглощение света в рентгеновском диапазоне, характерное как раз для гамма-всплесков, вспыхивающих в ранней Вселенной, когда вокруг еще было мало того вещества, которое могло бы рассеять рентгеновские лучи. В-третьих -- полное отсутствие хоть каких-то следов материнской галактики гамма-всплеска на очень глубоких изображениях, полученных наземными телескопами. Многие инструменты, участвовавшие в поисках, легко нашли бы типичные галактики даже на расстояниях в 12-12,5 млрд световых лет от Земли, однако ничего не видят.

Что выпадет В поисках самых далеких галактик астрономы применяют так называемую методику цветовых «выпадений». Она основана на том, что спектр любой галактики выглядит более или менее плавной кривой, местами изрезанной спектральными линиями, однако в ультрафиолетовой области при длине волны менее 121,6 нм, где значительно возрастает поглощение света водородом, спектр резко обрывается. При этом спектр далеких галактик, который мы принимаем на Земле, сдвинут в красную область -- за миллиарды лет путешествия по Вселенной длина волны каждого фотона увеличилась во столько же раз, как и вся наша расширяющаяся Вселенная. Чем дальше объект, тем дольше шел свет и тем больше сдвиг. Поэтому и спектр у близких галактик обрывается в ультрафиолете, у далеких -- в оптическом диапазоне, а у самых-самых дальних переезжает в инфракрасную область спектра.

Ну и, наконец, «математическое» доказательство -- впрочем, столь же доказательное, как и письмо Мити Грушеньке. Восьмиметровому телескопу Gemini North на Гавайских островах, пусть и через 2,5 часа после вспышки, но все-таки удалось навестись на место взрыва и засечь здесь быстро гаснущий объект. Однако увидеть его получилось лишь в инфракрасном диапазоне. И его блеск в фильтре K, на длине волны в 2,2 микрона, был почти в четыре раза выше, чем в фильтре H, на длине волны в 1,65 мкм.

Самое простое объяснение такому скачку -- поглощение более коротковолнового излучения резонансной линией водорода, Ly α (читается «лайман-альфа»). Только вот в лабораторной системе отсчета эта линия находится на длине волны в 0,1216 нм. Если на границу между фильтрами H и K эту линию перетащило расширение Вселенной, то в момент ее испускания наш мир должен был быть в 12-14,5 раза меньше, чем сейчас (опять же, при консервативном анализе). Отсюда и проистекает оценка красного смещения z~11–13,5.

Дело вкуса

Впрочем, против этого «доказательства» можно найти возражения. Альтернативная модель предполагает, что свет в фильтре H поглотила пыль, расположенная на красном смещении z~4. В этом случае и GRB100205A может находиться «всего» в 12 млрд световых лет от Земли -- далеко, конечно, но на рекорд не тянет.

Правда, поглощение в этом случае должно быть очень значительным, примерно в 15-20 раз, и где взять столько пыли через 1,7 млрд лет после Большого взрыва -- тоже не очень понятно. Кроме того, отсутствие на снимках какой-либо галактики, в которой могла обитать необходимая пыль, и сравнительно слабое поглощение света в рентгеновском диапазоне тоже плохо вяжутся с этим объяснением. Но тут уж надо выбирать из двух необычных гипотез ту, что наименее неправдоподобна: много пыли через 1,7 млрд лет или рождение черной дыры через 350 млн лет от сотворения мира. Пока новых данных нет, такой выбор, по сути, дело личного вкуса теоретиков.

И самое обидное, что нужные данные могут появиться еще очень нескоро. С момента гамма-всплеска прошло уже три недели, так что заметное оптическое послесвечение от него давно погасло. И теперь надо очень-очень долго копить свет, чтобы увидеть запыленную галактику на z~4. Либо еще дольше ждать, пока появится инструмент, способный разглядеть материнскую галактику GRB100205A на z больше десяти. А то и сам остаток этого взрыва -- доживем ведь когда-нибудь и до таких телескопов.

Используя данные с орбитального телескопа Hubble, астрономы обнаружили самый дальний объект нашей Вселенной - галактику, расположенную в 13,2 млрд световых лет от Земли.

"Мы вернулись назад во времени, подошли очень близко к первым галактикам, которые, как мы полагаем, сформировались примерно через 200 - 300 миллионов лет после Большого взрыва", - цитирует слова одного из авторов работы Гарта Иллингворта "РИА Новости" . Уникальным объектом оказалась UDFj-39546284 - рекордно далекая галактика, которая отличалась относительно низкой скоростью звездообразования. Сопоставление данных о ней с информацией о других относительно более близких и более "старых" галактиках, показало, что скорость звездообразования в галактиках всего лишь за 170 млн лет выросла в десять раз.

"Это потрясающий рост за период, который составляет лишь 1% от нынешнего возраста Вселенной", - говорит Иллингворт. По мнению ученых, эти данные соответствуют иерархической картине формирования галактик, согласно которой галактики растут и сливаются под действием гравитации темной материи. Найденная учеными галактика значительно меньше и легче, чем современные спиральные галактики. Так, наша Галактика примерно в 100 раз более массивна.

Поиски все более и более далеких космических объектов помогают астрономам заглянуть в далекое прошлое Вселенной. Из-за того, что скорость света конечна, мы видим далекие галактики такими, какими они были в далеком прошлом. Галактику UDFj-39546284 астрономы наблюдают такой, какой она была, когда возраст Вселенной составлял всего 480 млн лет.

Главным показателем расстояния до далеких галактик служит красное смещение - сдвиг линий в спектре из-за эффекта Доплера. Чем больше красное смещение, тем дальше космический объект, поскольку с расстоянием, согласно закону Хаббла, скорость убегания галактик растет. По версии авторов открытия самой далекой галактики, ее красное смещение может составлять 10,3. Однако эти данные не окончательны, так как на современном этапе развития астрономии точное измерение красного смещения - чрезвычайно трудная задача. "Пока красное смещение не измерено с помощью спектроскопических методов, она остается всего лишь кандидатом, хотя и хорошим кандидатом", - прокомментировал открытие астрофизик Сергей Попов из Астрономического института имени Штернберга.

Если показатели красного смещения открытой галактики действительно окажутся в районе 9 - 10, то объект будет признан самым древним во Вселенной. Пока же это звание удерживала галактика UDFy-38135539, расположенная в 13 млрд световых лет от Земли. Она была обнаружена в октябре 2010 г. астрономами из Европейской южной обсерватории (ESO). Красное смещение этой галактики оказалось равным 8,5549, и мы видим ее такой, какой она была примерно 600 млн лет назад.

Орбитальный телескоп имени Хаббла, запущенный в 1990 году, стал главным инструментом землян, раздвинувшим видимые границы Вселенной. Заголовки «астрономы нашли самую далекую галактику» стали привычными для СМИ и научных публикаций, ведь находить самый удаленный объект действительно можно хоть каждый день. Может показаться, что качественного прорыва подобные открытия не несут: чем мощнее мы берем бинокль за городом, тем дальше мы видим.

Однако эта аналогия здесь не вполне уместна. Взяв более мощный бинокль, мы продолжаем видеть по сути одни и те же объекты - поля, реки, леса, постройки. Все это растет, движется, стоит и не падает по давно известным нам законам.

Видимый же сегодня «край» содержит объекты, испустившие свет спустя всего сотни миллионов лет после Большого взрыва. В ту эпоху Вселенная только начинала обретать очертания. Поэтому открывая самые далекие галактики мы стараемся понять не «а что там дальше?», а «с чего все начиналось?».

Красное смещение

Вселенская линейка Красным смещением называется отношение величины сдвига спектральной линии в длинноволновую сторону, к длине волны в лабораторной системе отсчета.

Для объектов, излучивших свет на заре рождения Вселенной, этот сдвиг в разы превышает саму длину волны

Вселенная постоянно расширяется, причем, чем дальше наблюдаемый на больших масштабах объект, тем быстрее он от нас удаляется. Поэтому самым удобным мерилом расстояния считается оценка покраснения объекта, вызванного эффектом Допплера. Самая далекая до последнего времени галактика соответствовала красному смещению z=8,6. Она родилась спустя 600 млн лет после Большого взрыва.

Период от 150 до 800 млн лет после Большого взрыва относится к так называемому периоду реионизации, когда первые звезды и галактики ионизовали межгалактический газ.

В статье, опубликованной в журнале Nature, астрономы под руководством Ричарда Боуэнса из Лейденского университета сообщают об открытии еще более далекой галактики с красным смещением порядка 10. Галактику UDFj-39546284 заметили в 2009 году, спустя всего три месяца после того, как на телескопе Hubble была установлена широкоугольная камера UDFj-39546284. Тусклое пятнышко, видимое на глубоком обзоре неба - не что иное как компактная галактика, состоящая из молодых голубых звезд. Свет, который мы видим от нее, испущен спустя всего 480 млн лет после Большого взрыва.

«Эти наблюдения дают нам наилучший взгляд на самые ранние объекты, которые удавалось найти», — пояснил Ричард Боуэнс.

Ясли Вселенной

Галактика, свет которой долетел до нас, слишком мала и юна, чтобы иметь спиральную форму или другие особенности. Ученые установили, что галактику населяли звезды возрастом 100−200 млн лет. Они образовались из газа, собранного вокруг сгустков загадочной темной материи.

По словам исследователей, в наблюдаемую эпоху юная Вселенная переживала своеобразный бэби-бум: в период с 480 до 650 млн лет после Большого взрыва число звезд увеличилось на один порядок. «Бешеный темп, с которым рождались звезды, говорит нам, что если заглянуть чуть подальше, мы увидим куда более драматичные изменения, происходившие при образовании самых первых галактик», — пояснил Гарт Иллингуорт из Калифорнийского университета в Санта-Крузе.

За краем края

Миновав рубеж в z=10 астрономы приблизились к «краю края». Первые 500 млн лет (при z от 1000 до 10) после Большого взрыва остаются белым пятном в принятой сегодня иерархической модели образования галактик - от звездных скоплений к эллиптическим и спиральным галактикам. Галактика UDFj-39546284 обнаружена в самом дальнем инфракрасном диапазоне, который могут наблюдать приборы телескопа Hubble. Заглянуть дальше, в самые первые годы существования Вселенной, ученые надеются при помощи телескопа имени Джеймса Вебба.

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.

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.