«Самая дальняя галактика, которую мы видели!» Разве мы не слышали это раньше? (См. Здесь и здесь, например.) Хотя это правда, что астрономы продолжают продвигаться назад во времени с помощью лучших инструментов, существуют фундаментальные проблемы как в наблюдении, так и в измерении расстояний до самых ранних галактик в космосе.
Вот почему это новое наблюдение за галактикой, которая образовалась примерно через 700 миллионов лет после Большого взрыва, имеет большое значение. В то время как было обнаружено множество галактик, которые сформировались в ту эпоху, астрономы измерили точные расстояния только для пяти из них. Эта галактика отмечает шестое место и является самой дальней из всех. Возможно, даже более важным, чем измерение расстояния, исследователи определили, что эта галактика породила новые звезды более чем в 100 раз быстрее, чем Млечный путь сегодня. Это указывает на то, что ранние галактики могли быть более агрессивными с образованием звезд, чем считалось ранее.
Новая статья опубликована в Природа (предупреждение о платной плате) описывает измерение красного смещения галактики, определенной в Космической Ассамблее Глубокого инфракрасного исследования внегалактического наследия (CANDELS), в котором используется инфракрасный спектрограф на телескопе Keck на Гавайях. Из-за такого огромного расстояния космический телескоп Хаббла не видит галактику в оптических диапазонах, но является ярким источником инфракрасного излучения как для космического телескопа Хаббла, так и для космического телескопа Спитцера. Красное смещение, если вы помните, является мерой того, насколько быстро галактика, кажется, удаляется от нас по мере расширения Вселенной; чем выше красное смещение, тем дальше галактика - и поэтому тем дольше она излучала свет, который мы видим. По мере роста Вселенной она пропорционально растягивает длину волны света. Таким образом, видимое излучение или даже ультрафиолетовое излучение, обычное для звезд, смещается в красную часть спектра.
В этом случае астрономы измерили красное смещение галактики z8_GND_5296 (это запоминающееся имя для вас) в 7,51, что соответствует расстоянию в 13 миллиардов световых лет. Они определили это число путем измерения эмиссии Lyman alpha (Ly α) из газообразного водорода, что является очень распространенным явлением и его трудно измерить на таких больших расстояниях. Ly α света от газообразного водорода в нашем местоположении составляет около 122 нанометров, прочно в ультрафиолетовой части спектра, но соответствующее излучение от z8_GND_5296 составляет около 1034 нанометров, что является инфракрасным излучением. (Чтобы получить красное смещение, разделите большее число на меньшее и вычтите 1. К сожалению, взаимосвязь между красным смещением и расстоянием не так проста.)
Однако не каждая галактика на сравнимых расстояниях имеет измеримое излучение Ly α: что-то препятствует тому, чтобы большая часть этого света достигла нас. Основная идея - нейтральный межгалактический газ, рассеивающий свет, но слишком мало галактик, наблюдаемых для подтверждения этой гипотезы. В результате, в то время как существуют десятки галактик с красными смещениями больше 7 (определяемыми не спектром, а видимым цветом галактики), красные смещения не могут быть проверены дважды для большинства. В этой статье сообщается о 43 ранних галактиках, но только одна из этой выборки имела измеримые выбросы Ly α.
Что еще интереснее, галактика z8_GND_5296 относительно богата «металлами»: элементами, более тяжелыми, чем гелий. Поскольку эти элементы создаются звездами, а не Большим взрывом, это указывает на очень быстрый цикл рождения и смерти звезд даже к тому времени, когда эта галактика испускает свет, который мы наблюдаем.
Чтобы поддержать это утверждение, авторы настоящего исследования обнаружили, что z8_GND_5296 и аналогичная галактика, обозначенная GN 108036, имеют чрезвычайно высокие скорости звездообразования, превращая эквивалент массы Солнца в 330 звезд в новые звезды. Это более чем в 100 раз превышает скорость звездообразования в Млечном Пути и сравнимо с некоторыми из самых экстремальных звездообразующих галактик. Ранее считалось, что эти галактики редки, поэтому астрономам, возможно, придется пересмотреть свои оценки скорости появления новых звезд в ранних галактиках.
Несмотря ни на что, будет интересно посмотреть, на что похожи другие ранние галактики, когда наши наблюдения улучшатся. Без этого мы не узнаем, является ли z8_GND_5296 редкостью в своем экстремальном звездообразовании, или поймем, почему он относительно яркий в выбросах Ly α, а его братья и сестры - нет. И, может быть, мы найдем разделение во времени между эпохами без галактик и самыми первыми галактиками, которые сформировались.
