Обнаружена самая дальняя галактика — она на 100 миллионов лет дальше, чем предыдущий рекордсмен

Новая галактика-кандидат находится в 13,5 миллиардов световых лет от Земли и имеет метку HD1. Поскольку свет не распространяется бесконечно быстро, а требует времени, чтобы добраться до нас через пространство, смотреть в пространство — это то же самое, что смотреть назад во времени. То есть сейчас астрономы видят этот объект таким, каким он существовал в далеком прошлом, через 330 миллионов лет после Большого Взрыва.

Обнаружившая HD1 международная группа астрономов пытается выяснить особенности нового объекта. Ученые задаются вопросом, является ли он звездообразующей галактикой, в которой рождаются звезды, или квазаром (сжатым источником сильного непрерывного электромагнитного излучения с массивной звездообразующей силой) со сверхмассивной черной дырой в центре.

Объекты из ранней Вселенной крайне сложно увидеть. Даже яркие квазары имеют свойство тускнеть на расширяющихся участках пространства-времени, и самые мощные телескопы часто не способны их уловить. Команда астрономов использовала для наблюдения несколько телескопов. Subaru и Инфракрасный телескоп Соединенного Королевства (UKIRT) на Гавайях, VISTA в Чили и космический телескоп «Спитцер» смотрели на одно и то же место в космосе в общей сложности на протяжении 1200 часов.

В результате наблюдений астрономы заметили тусклый красный объект. Красный цвет появляется в результате явления, известного как красное смещение — оно происходит, когда источник света удаляется от нас и длина световой волны нарастает в направлении красного конца электромагнитного спектра. По мере расширения Вселенной галактики демонстрируют красное смещение. Чем больше расстояние в пространстве-времени, тем больше сдвиг в сторону этого цвета. Этот эффект дает возможность ученым рассчитать, как долго свет путешествовал, чтобы достичь нас.

Так, с учетом красного смещения предыдущий рекордсмен по удаленности от Земли, галактика GN-z11, расположена от нас на расстоянии 13,4 миллиарда световых лет. Дополнительные исследования с помощью Атакамской Большой  миллиметровой/субмиллиметровой решетки (ALMA) помогли выяснить, что новый объект размещен на 100 миллионов световых лет дальше.

Однако свет от HD1 очень яркий в ультрафиолетовом диапазоне, что говорит о том, что там происходят динамичные процессы. Для объяснения такого свечения у астрономов есть две версии.

Звездное население III

Сначала астрономы думали, что в HD1 нормальная звездная активность, пока не высчитали, сколько всего потребуется звезд, чтобы создать такое количество света.

Это было невероятное число — свыше 100 звезд в год, то есть в 10 раз больше, чем ожидалось от такой древней галактики. Поэтому можно сделать вывод, что звезды там не должны подвергаться тем же процессам, которые астрономы уже встречали.

То есть HD1 может выступать домом для гипотетического звездного населения III — первого поколения звезд после Большого Взрыва. Они были плотнее, ярче и горячее современных звезд, то есть они способны генерировать больше ультрафиолетового света. Это объясняет чрезвычайную ультрафиолетовую светимость HD1.

Сверхмассивная черная дыра

Если HD1 — это квазар со сверхмассивной черной дырой, то генерируемое ею свечение можно интерпретировать как вспышки от пожирающей ее материи. Ученые подсчитали, что сверхмассивной черной дыре потребуется масса, которая примерно в 100 миллионов раз превышает массу Солнца, чтобы произвести такой свет.

Такой размер серьезно подрывает закономерности роста сверхмассивных черных дыр. Черная дыра в HD1, образовавшаяся через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, должна была вырасти из сверхмассивного источника с беспрецедентной скоростью. Если вторая теория верна, то рост черной дыры до сверхмассивных размеров всего за «мгновения» после Большого взрыва может поставить под сомнение модели формирования и эволюции этих объектов.

Команда надеется провести следующие наблюдения за объектом при помощи космического телескопа Джеймса Уэбба — они помогут проверить расстояние от HD1 до Земли и в конечном итоге раскроют больше деталей о зарождении Вселенной.