Цивилизация
Международная группа астрономов сумела найти самый далекий астрономический объект: это галактика, получившая обозначение HD1, она находится на расстоянии около 13,5 млрд световых лет от Земли и смогла сформировать свои первые звезды с поразительной быстротой. Эти звезды принадлежат к поколению самых первых звезд во Вселенной, которые до сих пор еще не наблюдались непосредственным образом. К тому же HD1 в своем центре может содержать самую первую сверхмассивную черную дыру, масса которой примерно в 100 млн раз превышает массу Солнца. Этому открытию посвящены сразу две статьи, которые можно прочесть на сайте электронных препринтов, они также публикуются в Astrophysical Journal и в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters.
Галактика HD1 была найдена в результате более чем 1200 часов наблюдений, проводимых с помощью наземных телескопов Subaru, VISTA, UK Infrared Telescope и космического телескопа Spitzer.
«Было очень тяжело найти HD1 среди более чем 700 тыс. других объектов, — говорит Юити Харикане, японский астроном из Токийского университета, открывший галактику и выступающий ведущим автором статьи в Astrophysical Journal. — Наблюдаемое красное смещение HD1 удивительно точно соответствует ожидаемым характеристикам этой галактики, удаленной от нас на 13,5 млрд световых лет, и когда я нашел это, у меня по коже побежали мурашки».
Затем группа астрономов провела многочисленные проверки с участием комплекса радиотелескопов ALMA, расположенного в чилийской пустыне Атакама, чтобы подтвердить оценку расстояния до этого объекта и его возраст. Дистанция, разделяющая Солнце и HD1, на 100 млн световых лет превышает то, что было зафиксировано в случае предыдущего рекордсмена и кандидата на самую удаленную галактику, — GN-z11. В данном случае z означает показатель красного смещения, галактика GN-z11 обладает красным смещением z=11,1, а у HD1 z>12-13. Красное смещение характерных спектральных линий химических элементов — это проявление эффекта Доплера во Вселенной с разбегающимися галактиками, оно позволяет оценивать расстояния до сильно удаленных от Земли объектов.
Чтобы объяснить необычно быстрое рождение во Вселенной галактики HD1, предложено две теории: согласно первой из них первоначально из скоплений газа, испытывающих процессы дефрагментации и сжатия — коллапса, формировались крупные звезды, которые в дальнейшем путем многократных слияний образовали сверхмассивную черную дыру; cогласно другой теории звездные галактики формировались вокруг изначально появившихся сверхмассивных черных дыр в их центрах.
«Ответить на вопросы о природе источника, находящегося столь далеко, может быть весьма непросто, — считает Фабио Пакуччи, итальянский астрофизик-теоретик, работающий в Гарвардском университете и Смитсоновской астрофизической обсерватории, ведущий автор статьи в MNRAS и один из соавторов статьи об открытии в ApJ. — Это все равно, что угадывать национальную принадлежность корабля по его флагу, когда смотришь на него с берега, а само судно находится посреди шторма и скрыто густым туманом. Возможно, в этом случае и можно разглядеть цвета и форму флага, но вся эта картина останется неполной. В конечном итоге предстоит долгая аналитическая работа с постепенным исключением совсем уж неправдоподобных сценариев».
HD1 очень ярко светит в ультрафиолетовом диапазоне. Пакуччи считает, что это свидетельствует о протекающих там каких-то высокоэнергетических процессах, которые, вероятно, продолжают там идти и спустя несколько миллиардов лет после наблюдений.
Первоначально исследователи предположили, что HD1 — это более-менее обычная галактика, где случился внезапный всплеск звездообразования, поэтому там с очень большой скоростью рождаются звезды. Однако подсчитав, сколько звезд в единицу времени производит HD1, ученые получили просто «невероятный» показатель: HD1 должна была ежегодно производить свыше сотни звезд, что как минимум на порядок превосходит ожидаемую для таких галактик скорость звездообразования. Отсюда следовал вывод, что нормальные, обычные звезды HD1 формировать таким образом не может.
«Самые первые популяции звезд во Вселенной были гораздо массивнее, ярче и горячее, чем современные, — поясняет Пакуччи. — И если мы предположим, что звезды, образовывавшиеся в HD1, являются одними из самых первых — так называемыми звездами населения III [в данном случае последовательность звезд традиционно отсчитывается от конца], — то все это становится объяснимым. Звезды населения III излучают гораздо больше ультрафиолета, чем обычные звезды, что как раз и может служить объяснением повышенной, даже экстремальной светимости HD1 в ультрафиолетовом диапазоне».
Первые гигантские звезды в галактике HD1 должно были возникнуть по меньшей мере уже спустя 300 млн лет после Большого взрыва.
Однако сверхмассивная черная дыра также может служить объяснением исключительной яркости HD1: если она поглощает большое количество окружающего газа, то вокруг нее образуется яркий аккреционный диск, излучающий фотоны высоких энергий. Если это так, то астрономы тем самым наблюдают самую раннюю сверхмассивную черную дыру из всех, известных им на настоящий момент, с большим запасом побивающую предыдущий рекорд и образовавшуюся гораздо ближе по времени к Большому взрыву, чем предыдущий рекордсмен.
«Черная дыра в HD1 образовалась спустя всего несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, должно быть, она росла с беспрецедентной скоростью, — утверждает известный астроном Ави Лёб из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, который также является соавтором статьи в MNRAS. — В очередной раз природа оказалась более изобретательной, чем мы предполагали».
«Астрономы видят там много ультрафиолета, но они не могут пока сказать точно, что же именно они видят: звезды или сверхмассивную черную дыру, — рассказал «Газете.Ru» астрофизик Борис Штерн, доктор физико-математических наук и ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН. — Скорее это все-таки звезды, которые затем сольются в черную дыру, поскольку альтернативные гипотезы — образование сверхмассивных черных дыр из первичных, например, — выглядят пока довольно слабо, там просто не удается придумать хороший механизм их образования. Скорее всего, все это начиналось со звезд. Первые скопления межзвездных облаков — это миллионы солнечных масс, которые распадались на очень массивные звездные ассоциации, а потом уже на галактики. Первые звезды, лишенные тяжелых элементов, образовались, наверное, спустя 100-200 млн лет после Большого взрыва».
Несмотря на то, что максимум излучения самых дальних звезд приходится на ультрафиолетовую часть спектра, поправка на красное смещение позволяет ученым на Земле проводить наблюдения в инфракрасном и субмиллиметровом диапазонах через два «окна».
«Безусловно, открытие древнейшей галактики - новое достижение, на которое стоит обратить самое пристальное внимание, — считает Борис Штерн. — Сейчас как раз начинает работу космический телескоп James Webb, и он должен отыскать десятки подобных объектов, но до него этот рекорд еще продержится. Предыдущий держался несколько лет».
Планируется, что в будущем исследовательская группа проведет наблюдения HD1 с помощью нового космического телескопа NASA James Webb, чтобы уточнить степень удаленности этого объекта от Земли. Если текущие расчеты окажутся верными, то HD1 будет признана самой далекой и древнейшей из когда-либо зарегистрированных галактик. Те же наблюдения позволят ученым глубже изучить особенности HD1 и подтвердить, верна ли одна из вышеупомянутых теорий образования первых галактик.