Цивилизация
По современным представлениям, современные галактики образовались в результате иерархического скучивания — последовательных слияний поначалу маленьких скоплений темной материи, к которым стекался и обычный газ, во все более крупные образования. Мини-гало сливались в карликовые галактики, те падали на галактики покрупнее, они объединялись в крупные скопления и продолжали сливаться, сливаться и сливаться в центральных частях этих скоплений.
Собственно, этот процесс продолжается и по сей день — например, через миллиарды лет Млечный Путь и Туманность Андромеды сольются в единое целое, а затем к ним присоединятся и оставшиеся галактики Местной группы. Получится гигантская эллиптическая звездная система, вокруг которой не останется ничего: далекие галактические скопления, постепенно ускоряясь в наполненном темной энергией мире, уйдут за горизонт, и ничто более не будет напоминать о бурном прошлом нашей Вселенной.
Пока же такие воспоминания остались, астрономы активно изучают эту историю — не только с помощью теоретического моделирования, но и с помощью прямых наблюдений.
На данный момент наблюдателям удалось дотянуться в прошлое образования галактик на 13 миллиардов лет — точнее, на 12,9 миллиарда лет, соответствующие примерно 700–800 миллионам лет после возникновения Вселенной. Ищут первые галактики, как правило, как Lyα-эмиттеры, то есть по их излучению в спектральной линии Lyα («лайман-альфа») — резонансной линии лаймановской серии в спектре водорода, соответствующей переходу с первого возбужденного на основной, невозбужденный уровень этого простейшего атома. Длина волны этой линии — 121,6 нм, и располагается она в ультрафиолетовом диапазоне, однако расширение Вселенной за 13 миллиардов лет путешествия фотонов в космосе превращает их к моменту приема земными телескопами в инфракрасные кванты с длиной волны почти в 1000 нм.
Собственно, именно так Lyα-эмиттеры на границе Вселенной и находят: снимают небо в узком диапазоне длин волн, соответствующем линии Lyα, покрасневшей в 7–8 раз, и все, что проявится на фоне неба, принимают за кандидатов в далекие молодые галактики — они излучают в этой линии чуть не половину всего своего света, а все остальные, более близкие объекты — крохотную часть, а потому теряются на фоне неба. (Кстати, именно этот фон и ограничивает наблюдения 13 миллиардами лет истории — дальше Lyα уходит в область, где ее очень сложно наблюдать с Земли; когда в космос полетят инфракрасные телескопы имени Гершеля и Джеймса Уэбба, должны открыться и большие глубины.)
До сих пор все подтвердившиеся Lyα-кандидаты в основном лили воду на жернова общепринятой теории иерархических слияний. «Зародыши» галактик, которые мы видим в прошлом, — действительно небольшие образования, которые зачастую даже не удается разложить на отдельные пиксели и в самые большие телескопы. Их линейный размер, который, как правило, оценивается косвенно, — тысячи световых лет, то есть в десятки раз меньше крупных современных галактики. Вероятно, 13 миллиардов лет назад были объекты и поменьше, похожие на современные карликовые галактики, но их мы просто не замечаем с современными телескопами. Ничего же более крупного пока не встречалось.
Тем удивительнее открытие ученых из Японии, США, Канады и Великобритании под руководством Масами Оути из обсерватории Института имени Карнеги.
Они нашли целую Lyα-«кляксу», которая уже 12,9 миллиарда лет назад была размером почти с нашу Галактику.
При том что последняя считается гигантом и по современным меркам. Представьте себе, что вы заказывали ящик вагонки, чтобы сколотить собачью будку, а вам на двор выгружают стволы баобабов. Примерно такие же ощущения были и у Оути с коллегами, когда они обнаружили Химико — так, в честь полумифической правительницы из раннего периода японской государственности, главный автор статьи назвал загадочный объект из раннего прошлого галактик. Работа принята к публикации в майском выпуске The Astrophysical Journal и доступна в архиве электронных препринтов Корнельского университета.
По признанию Оути, поначалу ученые даже сомневались, стоит ли тратить наблюдательное время на проверку этого кандидата, найденного на японском телескопе «Субару», — слишком уж он большой и наверняка представляет собой что-то близкое, думали члены команды. Однако спектр объекта, полученный помощью 10-метрового телескопа имени Кека, подтвердил — мы имеем дело с далекой галактикой, размер которой мы можем проследить минимум на 55 тысяч световых лет. Скорее всего, она продолжается и дальше, просто дальше она сливается с фоном неба.
Что это такое — ученые пока не имеют понятия.
По расчетам астрономов, чтобы поддерживать такое свечение, нужны звезды общей массой от 10 до 50 миллиардов солнечных, а также темпы превращения газа в звезды в несколько десятков масс Солнца в год — все в пределах одной галактики. Это существенно больше, чем теория считает возможным для объектов в таком далеком прошлом Вселенной. Сгустки темной материи масштабов Химико в то время хоть и редко, но встречались, но столько звезд — это все-таки слишком много.
Наверное, самое радикальное предположение, которое можно сделать в данном случае, — что сама теория иерархических слияний не верна. До второй половины 1980-х годов была более популярна модель, в которых крупные галактики образовывались разом, при сжатии крупных облаков газа; обычно эту теорию связывают с именами Алана Сэндиджа и Дональда Линден-Белла. Такой процесс может происходить гораздо быстрее, чем последовательность индивидуальных слияний, и не исключено, что Химико — как раз его проявление.
Помочь с объяснением природы удивительного объекта может и наличие черной дыры в его центре — падающий на нее газ обычно разогревается и ярко светится, что могло бы заменить значительную часть звезд. Могло бы помочь и наличие гравитационной линзы, увеличившей наблюдаемые размеры загадочной древней галактики по пути следования света к земным телескопам. Правда, ни следов присутствия черной дыры в центре Химико, ни галактики-линзы на ее фоне ученые не видят. Разобраться с его природой должны новые телескопы.