Подсчитано расстояние до далекой-далекой галактики

С незапамятных времен философы и ученые размышляли о начале времен и даже пытались определить, когда все началось. Только в эпоху современной астрономии мы подошли близко к ответу на этот вопрос с достаточной степенью уверенности.

Согласно наиболее широко распространенным космологическим моделям, Вселенная началась с взрыва примерно 13,8 миллиарда лет назад.

Несмотря на это, астрономы все еще не уверены в том, как выглядела ранняя Вселенная, поскольку этот период совпал с космическими "Темными веками". Поэтому астрономы продолжают расширять возможности своих инструментов, чтобы увидеть, когда образовались самые ранние галактики.

Благодаря новому исследованию международной группы астрономов,  была идентифицирована самая  старая и самая далекая галактика, наблюдаемая в нашей Вселенной на сегодняшний день (GN-z11).

Группу, исследование которой было недавно опубликовано в журнале  Nature Astronomy, возглавляли Линьхуа Цзян из Института астрономии и астрофизики Кавли и профессор Нобунари Касикава из Токийского университета.

К ним присоединились исследователи из  обсерваторий Института науки Карнеги,  Стюардской обсерватории,  Женевской обсерватории, Пекинского университета и Токийского университета.

Проще говоря, космические темные века начались примерно через 370 тысяч лет после Большого взрыва и продолжались еще 1 миллиард лет.

В то время единственными источниками света были либо фотоны, выпущенные ранее, которые все еще можно обнаружить сегодня как космический микроволновый фон (КМФ), либо те, которые выделяются нейтральными атомами водорода. Свет этих фотонов настолько смещен из-за расширения Вселенной, что сегодня они невидимы для нас.

Самая далекая галактика, которую мы нашли Nature Astronomy

Этот эффект известен как "красное смещение", когда длина волны света удлиняется (или "смещается" в сторону красного конца спектра), когда он проходит через постоянно расширяющийся космос на своем пути к нам. Для объектов, приближающихся к нашей галактике, эффект меняется на противоположный: длина волны укорачивается и смещается в сторону синего конца спектра (также известного как "синее смещение").

В течение почти столетия астрономы использовали эти эффекты для определения расстояния до галактик и скорости расширения Вселенной. В данном случае исследовательская группа использовала телескоп Keck I в Маунакее, Гавайи, чтобы измерить красное смещение GN-z11 и определить расстояние до него. Полученные ими результаты показали, что это самая дальняя (и самая старая) галактика из когда-либо наблюдаемых. Как пояснил Касикава в пресс-релизе Токийского университета: 

"Согласно предыдущим исследованиям, галактика GN-z11 кажется самой далекой от нас обнаруживаемой галактикой, на 13,4 миллиарда световых лет, или 134 нониллиона километров (это 134, за которыми следуют 30 нулей). Но измерить и проверить такое расстояние непросто".

В частности, команда исследовала линии выбросов углерода, исходящие от GN-z11, которые находились в ультрафиолетовом диапазоне, когда они покидали галактику, и были смещены в 10 раз - в инфракрасный (0,2 микрометра) - к тому времени, когда он достиг Земли.

Этот уровень красного смещения указывает на то, что эта галактика существовала примерно 13,4 миллиарда лет назад, то есть всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва.

На таком расстоянии GN-z11 находится так далеко, что определяет саму границу наблюдаемой Вселенной.

Хотя эта галактика наблюдалась в прошлом (Хабблом), для точных измерений потребовалась разрешающая способность и спектроскопические возможности обсерватории Кека.

Это было выполнено в рамках обзора многообъектного спектрографа для инфракрасных исследований (MOSFIRE), который детально зафиксировал эмиссионные линии GN-z11.

Это позволило команде произвести оценки расстояния до этой галактики, которые были улучшены в 100 раз по сравнению с любыми ранее выполненными измерениями.

"Космический телескоп Хаббла несколько раз обнаруживал сигнатуру в спектре GN-z11. Однако даже Хаббл не может разрешить линии ультрафиолетового излучения в той степени, в которой мы нуждались. Поэтому мы обратились к более современному наземному спектрографу, прибор для измерения эмиссионных линий под названием MOSFIRE, который установлен на телескопе Keck I на Гавайях", - сказал Касикава.

Если последующие наблюдения подтвердят результаты этого последнего исследования, то астрономы могут с уверенностью сказать, что GN-z11 - самая далекая из когда-либо наблюдаемых галактик.

Изучая такие объекты, астрономы надеются пролить свет на период космической истории, когда Вселенной было всего несколько сотен миллионов лет. Этот период совпадает с началом появления Вселенной из "Темных веков", когда сформировались первые звезды и галактики и заполнили раннюю Вселенную видимым светом.

Изучая их, астрономы надеются узнать больше о том, как впоследствии эволюционировали крупномасштабные структуры Вселенной. Этому будут способствовать телескопы следующего поколения, такие как космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), запуск которого запланирован на 31 октября 2021 года.

Эти инструменты даже позволят астрономам изучить сами «темные века», время, когда единственным светом, не связанным с реликтовым излучением, была спиновая линия нейтрального водорода - в далекой микроволновой длине волны (21 см).

Чтобы иметь возможность исследовать самые истоки самой Вселенной и наблюдать, как формируются первые звезды и галактики. Какое это будет захватывающее время!

Наблюдения, которые сделали это исследование возможным, были проведены в рамках программы обмена временем между обсерваторией Кека и  телескопом Субару  на Маунакее, Гавайи.