Галактика z8_GND_5296 (видимая во вставке) - это самая ранняя галактика, у которой астрономы точно измерили расстояние. Она образовалась приблизительно через 700 миллионов лет после , и формирует звезды с невероятно большой скоростью. Предоставлено: V. Tilvi (Texas A&M), S. Finkelstein (UT Austin), команда CANDELS и HST/NASA.
"Самая дальняя галактика уже видна!" Разве мы не слышали о ней прежде? (Смотрите , например). Хотя правда, что астрономы двигаются дальше и дальше назад во времени с лучшими инструментами, существуют фундаментальные проблемы, как в наблюдении, так и в измерении расстояний до самых ранних галактик в космосе.
Вот, почему это новое наблюдение галактики, которая образовалась примерно через 700 миллионов лет после Большого Взрыва, важно. Хотя опознали множество галактик, которые образовались в ту эру, астрономы только измеряли точные расстояния до пяти из них. Эта галактика является шестой, и она самая дальняя из группы. Возможно даже более важно, чем измерение расстояния, исследователи определили, что эта галактика дарит рождение новым звездам со скоростью в 100 раз больше, чем это делает в наши дни. Это указывает на то, что ранние галактики могли быть более агрессивными со , чем ранее полагали.
Новая статья, опубликованная в журнале Nature (предупреждение о платном доступе ), описывает измерение галактики, обнаруженной в обзоре Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), который использует инфракрасный спектрограф на телескопе Keck на Гавайах. Из-за этого большого расстояния, не видит эту галактику в оптических диапазонах, но это самый яркий источник в инфракрасном диапазоне, как для Hubble, так и для . Красное смещение, если вы вспомните, - это мера того, как быстро галактика, кажется, движется от нас, поскольку Вселенная расширяется; чем выше красное смещение, тем дальше галактика - и поэтому тем дальше назад во времени она испускала свет, который мы видим. Поскольку Вселенная растет, она пропорционально растягивает длину волны света. В том случае, оптический (видимый) свет или даже ультрафиолетовая эмиссия, обычная в звездах, имеет красное смещение в инфракрасную часть спектра.
В этом случае, астрономы измерили красное смещение галактики z8_GND_5296 (это незабываемое имя для вас) до 7.51, что означает, как приблизительно на расстоянии 13 миллиардов световых лет. Они определили это число измерением эмиссии Lyman alpha (Ly α) из водородного газа, который является самым обычным, и его сложно измерять на таких больших расстояниях. Свет Ly α из водородного газа в нашем местоположении около 11 нанометров, точно в ультрафиолетовой части спектра, но соответствующая эмиссия из z8_GND_5296 около 1034 нанометров, что в инфракрасной части спектра. (Чтобы получить красное смещение, разделите большее число на меньшее и вычтите 1. К сожалению, отношение между красным смещением и расстоянием не настолько простые).
Тем не менее, не каждая галактика на сравнимых расстояниях имеет измеримые Ly α эмиссии: что-то, кажется, препятствует большей части того света, не достигнув нас. Главная идея - это нейтральный межгалактический газ, рассеивающий свет, но есть также несколько наблюдаемых галактик, которые подтверждают ту гипотезу. В результате, хотя существуют дюжины галактик с красными смещениями больше 7 (определено не спектром, а кажущимся цветом галактики), красные смещения не могут быть дважды проверены для большинства. Эта статья сообщает о 43 галактиках, но только одна из того примера имела измеримые Ly α эмиссии.
Более интересно, что галактика z8_GND_5296 относительно богата "металлами": элементами тяжелее гелия. Так как эти элементы производятся звездами, а не Большим Взрывом, это указывает на очень быстрый даже со временем, которое эта галактика испускала свет, который мы наблюдаем.
Для того, чтобы поддержать то утверждение, авторы настоящего исследования обнаружили, что z8_GND_5296 и подобная галактика, обозначенная GN 108036, имеют очень высокие скорости образования звезд, конвертируя эквивалент массы 330 в новые звезды. Это больше, чем 100 раз скорости образования звезд в Млечном Пути, и сравнимо с некоторыми из самых экстремальных галактик, образующих звезды. Эти , как раньше полагали, были редкими, поэтому астрономам могло понадобиться пересмотреть свои оценки по тому, как быстро новые звезды создавались в ранних галактиках.
Несмотря ни на что, будет интересно увидеть, на что похожи другие ранние галактики, когда наши наблюдения улучшатся. Без этого мы не узнаем, является ли редкостью z8_GND_5296 в совем экстремальном образовании звезд, или поймем, почему она относительно яркая в Ly α эмиссиях, в то время как ее "родные сестры" нет. И возможно мы найдем разногласие во времени между эрой без галактик и самыми первыми образовавшимися галактиками.
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.
Вселенная - чертовски большое место. Когда мы смотрим на ночное небо, почти все, что видно невооруженному глазу, является частью нашей галактики: звездой, скоплением звезд, туманностью. За звездами Млечного Пути проглядывает, например, галактика Треугольника. Эти «островные миры» мы находим повсюду во Вселенной, куда ни глянь, даже в самых темных и пустых клочках пространства, если только сумеем собрать достаточно света, чтобы заглянуть достаточно глубоко.
Большинство этих галактик настолько далеки, что даже фотону, летящему на скорости света, потребуются миллионы или миллиарды лет, чтобы преодолеть межгалактическое пространство. Когда-то он был испущен поверхностью далекой звезды, а теперь он, наконец, добрался до нас. И хотя скорость в 299 792 458 метров в секунду кажется невероятной, тот факт, что мы прошли всего 13,8 миллиарда лет со времен Большого Взрыва, означает, что расстояние, которое преодолел свет, все же конечно.
Вы, наверное, думаете, что самая далекая галактика от нас должна быть не дальше, чем в 13,8 миллиарда световых лет от нас, но это было бы ошибкой. Видите ли, кроме того, что свет движется с конечной скоростью через Вселенную, есть и другой, менее очевидный факт: ткань самой Вселенной расширяется с течением времени.
Решения общей теории относительности, которые вообще исключали такую возможность, появились в 1920 году, но наблюдения, которые пришли позже - и показали, что расстояние между галактиками увеличивается, - позволили нам не только подтвердить расширение Вселенной, но и даже измерить темп расширения и как он менялся со временем. Галактики, которые мы видим сегодня, были гораздо дальше от нас, когда впервые испустили свет, полученный нами сегодня.
Галактика EGS8p7 в настоящее время является рекордсменом по удаленности. С измеренным красным смещением в 8,63, наша реконструкция Вселенной подсказывает нам, что свету этой галактики потребовалось 13,24 миллиарда лет, чтобы добраться до нас. Еще немного математики, и мы обнаружим, что видим этот объект, когда Вселенной было всего 573 миллиона лет, всего 4% от ее текущего возраста.
Но поскольку Вселенная расширялась все это время, эта галактика находится не в 13,24 миллиарда световых лет от нас; на самом деле, она уже в 30,35 миллиарда световых лет. И не стоит забывать: если бы мы могли мгновенно отправить сигнал из этой галактики к нам, он покрыл бы расстояние в 30,35 миллиарда световых лет. Но если вы вместо этого отправите фотон из этой галактики к нам, то благодаря темной энергии и расширению ткани пространства он никогда нас не достигнет. Эта галактика уже ушла. Единственная причина, по которой мы можем ее наблюдать с помощью телескопов Кека и Хаббла, заключается в том, что блокирующий свет нейтральный газ в направлении этой галактики оказался достаточно редким.
Зеркало Хаббла по сравнению с зеркалом Джеймса Вебба
Но не думайте, что эта галактика самая далекая из самых далеких галактик, которые мы когда-либо увидим. Мы видим галактики на таком расстоянии настолько, насколько нам позволяет наше оборудование и Вселенная: чем меньше нейтрального газа, чем больше и ярче галактика, чем чувствительнее наш инструмент, тем дальше мы видим. Через несколько лет космический телескоп Джеймса Вебба сможет заглянуть еще дальше, поскольку будет способен улавливать свет большей длины волны (и, следовательно, с большим красным смещением), сможет видеть свет, который не блокируется нейтральным газом, сможет видеть более тусклые галактики, чем наши современные телескопы (Хаббл, Спитцер, Кек).
В теории самые первые галактики должны появиться с красным смещением в 15-20.
Космический орбитальный телескоп "Хаббл" (Hubble Space Telescope) уловил свет самой далёкой, а значит, и самой старой галактики из всех известных науке на сегодняшний день.
Звёздная система имеет кодовое название z8_GND_5296 , массу, эквивалентную 1,3 миллиардам масс Солнца, и располагается она в направлении созвездия Большой Медведицы в 13,1 миллиардах световых лет от нас. В силу удалённости от Земли в оптический телескоп её увидеть было бы невозможно, поэтому для обнаружения излучения учёные использовали приборы, фиксирующие ближний инфракрасный свет.
После получения первичных данных исследователи перепроверили их с помощью телескопов обсерватории Кека (Keck Observatory) и подтвердили расположение галактики.
"Рассмотреть столь далёкие объекты с помощью оптических телескопов невозможно. Для нас они уже невидимы. Всё видимое излучение смещается в ближний инфракрасный диапазон", — поясняет ведущий автор исследования Стивен Финкельштейн (Steven Finkelstein) из Техасского университета в Остине.
Наблюдаемое явление называется эффектом Доплера : объекты, которые удаляются от нас, кажутся красноватыми, а те, что приближается, кажутся синеватыми. Инфракрасное смещение указывает не только на то, что наблюдаемая галактика очень далека от нас, но и .
Как ни странно, звёздная система z8_GND_5296 была единственной из 43 кандидатов в удалённые галактики, у которой отчётливо наблюдались линии водорода , которые необходимы для идентификации космического объекта.
Таким образом, перед учёными встаёт вопрос о ранней истории Вселенной: как быстро свет первых галактик мог перемещаться сквозь облака межгалактического водородного газа без рассеивания?
Чтобы обнаружить свет, проходящий сквозь облака ранней Вселенной, водород должен быть ионизирован. Но парадокс заключается в том, что по стандартным астрофизическим теориям, процессы ионизации были вызваны как раз первым поколением галактик.
"Смотреть на удалённые галактики особенно интересно. Ведь в силу того, что скорость света конечна, мы видим в телескоп тот момент, когда излучение от этих объектов только было испущено. Фактически, мы смотрим сквозь пространство и время на самые ранние этапы существования Вселенной", — говорит соавтор исследования Доминик Ричерс (Dominik Riechers) из Корнельского университета.
В данном случае свет, излучаемый галактикой z8_GND_5296, будет идти до Земли 13,1 миллиарда лет, притом что возраст самой Вселенной составляет чуть менее 13,8 миллиарда лет. Поэтому астрофизики увидели через телескоп Вселенную, когда ей было всего 700 миллионов лет.
Но возраст оказался далеко не единственной отличительной особенностью галактики z8_GND_5296. Как сообщается в пресс-релизе , она производит новые звёзды в поразительном темпе — примерно 330 масс Солнца ежегодно, а это в 100 раз больше скорости звездообразования Млечного Пути.
"В ранней Вселенной звёзды могли рождаться с гораздо большей скоростью, чем мы предполагали", — пишет Финкельштейн в статье об исследовании , опубликованной в журнале Nature.
Помимо этого, Финкельштейн и его коллеги были поражены тем, сколько в этой галактике присутствует кислорода и других "тяжёлых" элементов. Прежде считалось, что такое количество элементов, которые тяжелее водорода и гелия, просто не успело бы образоваться в столь короткие сроки.
Логическое объяснение феномену исследователи нашли в результате анализа данных, полученных телескопом NASA Spitzer . Галактика z8_GND_5296, скорее всего, содержит следы взрывов гигантских звёзд, в ядрах которых уже успели синтезироваться тяжёлые элементы. Эти звёзды, по всей вероятности, были первыми в галактике, и .
"Интересно, что львиная доля тяжёлых элементов образовались на столь ранних этапах существования времён", — удивляется Финкельштейн.
Отметим, что до открытия галактики z8_GND_5296 самой старой звёздной системой считалась та, что сформировалась спустя 740 миллионов лет после Большого взрыва. Причина, по которой самая далёкая галактика Вселенной ранее не была обнаружена, заключается в том, что на пути к ней взорвалась массивная звезда и затмила "старушку" своим светом.
Впрочем, на достигнутом учёные . Но, чтобы заглянуть в ещё более далёкие времена, им придётся заменить телескоп "Хаббл" на что-то более мощное. Отличной альтернативой станет космический телескоп имени Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope), запуск которого запланирован на 2018 год.
На безграничных просторах интернета я как-то наткнулся на следующую картинку.
Конечно, этот маленький кружок посреди Млечного пути захватывает дух и заставляет задумать о многих вещах, начиная от бренности бытия и заканчивая безграничными размерами вселенной, но все же возникает вопрос: насколько все это соответствует действительности?
К сожалению, составители изображения не указали радиус желтого круга, а оценивать его на глазок - сомнительное занятие. Тем не менее авторы твиттера @FakeAstropix задались таким же вопросом как и я, и утверждают, что эта картинка верна где-то для 99% звезд, видимых на ночном небе.
Другой вопрос заключается в том, а сколько вообще звезд можно увидеть на небе не пользуясь оптикой? Считается, что невооруженным глазом с поверхности Земли можно наблюдать до 6000 звезд. Но в реальности это число будет куда меньше - во первых, в северном полушарии мы физически сможем видеть не больше половины от этого количества (это же справедливо и для жителей южного полушария), во-вторых речь идет об идеальных условиях наблюдения, которых в реальности практически невозможно достичь. Чего только стоит одно световое загрязнение неба. А когда речь идет о самых дальних видимых звездах, то в большинстве случаев чтобы заметить их, нам нужны именно идеальные условия.
Но все же, какие из маленьких мерцающих точек на небе являются наиболее далекими от нас? Вот список, который мне пока что удалось составить (хотя конечно совсем не удивлюсь, если я много чего пропустил, так что не судите строго).
Денеб - самая яркая звезда в созвездии Лебедя и двадцатая по яркости звезда в ночном небе, с видимой звездной величиной +1,25 (считается, что предел видимости для человеческого глаза +6, максимум +6.5 для людей с действительно великолепным зрением). Этот бело-голубой сверхигагинт, который находится от нас на расстоянии от 1500 (последняя оценка) до 2600 световых лет - таким образом, видимый нами свет Денеба был испущен где-то в промежутке между зарождением Римской республики и падением Западной Римской империи.
Масса Денеба больше массы нашей звезды примерно в 200 раз Солнца, а светимость превышает солнечную минимум в 50 000 раз. Находись он на месте Сириуса, он бы сверкал на нашем небе ярче, чем полная Луна.
P Лебедя выделана красным
Мю Цефея известная также как Гранатовая звезда Гершеля - красных сверхгигант, возможно самая крупная звезда, видимая невооруженным глазом. Ее светимость превышает солнечную от 60 000 да 100 000 раз, радиус согласно последним оценкам может быть в 1500 раз больше солнечного. Мю Цефея находится на расстоянии 5500-6000 световых лет от нас. Звезда находится в конце своего жизненного пути и в скором (по астрономическим меркам) времени превратится в сверхновую. Ее видимая звездная величина меняется от +3,4 до +5. Считается, что она является одной из самых красных звезд на северном небе.
Звезда Пласкетта находится на расстоянии 6600 световых лет от Земли в созвездии Единорога и представляет собой одну из самых массивных систем двойных звезд в Млечном пути. Звезда А имеет массу в 50 солнечных и светимость, превышающую светимость нашей звезды в 220 000 раз. Звезда B имеет примерно такую же массу, но ее светимость поменьше - “всего лишь” в 120 000 солнечных. Видимая звездная величина звезды А составляет +6.05 - а значит, теоретически ее можно увидеть невооруженным глазом.
Система Эта Киля находится от нас на расстоянии 7500 - 8000 световых лет. Она состоит из двух звёзд, главная из которых — яркая голубая переменная, является одной из самых больших и неустойчивых звезд в нашей галактике с массой около 150 солнечных, 30 из которых звезда уже успела сбросить. В 17 веке Эта Киля имела четвёртую звёздную величину, к 1730 году она стала одной из самых ярких в созвездии Киля, но к 1782 опять стала очень слабой. Затем, в 1820 году началось резкое увеличение яркости звезды и в апреле 1843 она достигла видимой звёздной величины −0,8, став на время второй по яркости на небе после Сириуса. После этого, яркость Эта Киля стремительно упала, и к 1870 году звезда стала невидимой невооружённым глазом.
Однако, в 2007 году яркость звезды снова выросла, она достигла звездной величины +5 и снова стала видимой. Нынешняя светимость звезды оценивается минимум в миллион солнечных и она по всей видимости является главным кандидатом на звание следующей сверхновой в Млечном пути. Некоторые даже считают, что она уже взорвалась.
В заключение стоит упомянуть, что в истории были случаи, когда люди имели возможность наблюдать куда более далекие звезды. Например, в 1987 в Большом Магеллановом облаке, находящемся от нас на расстоянии 160 000 световых лет, вспыхнула сверхновая, которую можно было видеть невооруженным глазом. Другое дело, что в отличии от всех перечисленных выше сверхгигантов, наблюдать ее можно было в течении куда меньшего промежутка времени.