97% возраста Вселенной — Астрономы подтвердили возраст самой удаленной галактики с кислородом
С помощью радиотелескопа ALMA удалось точно определить космический возраст далекой галактики GHZ2/GLASS-z12, идентифицированной JWST, — 367 миллионов лет после Большого взрыва. Глубокие спектроскопические наблюдения ALMA выявили вблизи галактики линию спектрального излучения, связанную с ионизированным кислородом, наблюдаемая частота которой была смещена в результате расширения Вселенной с момента излучения линии. Это наблюдение подтверждает, что JWST способен заглядывать на рекордные расстояния, и предвещает скачок в нашем понимании формирования самых ранних галактик во Вселенной. Credit: NASA / ESA / CSA / T. Treu, UCLA / NAOJ / T. Bakx, Nagoya U.
В новом исследовании, проведенном совместной группой специалистов из Университета Нагоя и Национальной астрономической обсерватории Японии, измерен космический возраст очень далекой галактики. С помощью системы радиотелескопов ALMA был обнаружен радиосигнал, который распространяется примерно на 97% от возраста Вселенной. Это открытие подтверждает существование галактик в самой ранней Вселенной, обнаруженных космическим телескопом James Webb . Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society .
Галактика, получившая название GHZ2/GLASS-z12, была первоначально идентифицирована в ходе обзора JWST GLASS — исследования далекой Вселенной и массивных скоплений галактик. Эти наблюдения состоят из нескольких изображений с использованием различных широкополосных цветовых фильтров, аналогичных отдельным цветам RGB в фотоаппарате. Для далеких галактик свет доходит до нас так долго, что в результате расширения Вселенной цвет этого света смещается в красную часть спектра видимого света с так называемым красным смещением. Красный цвет GHZ2/GLASS-z12 помог исследователям определить его как одного из наиболее убедительных кандидатов на роль далекой галактики, которую они наблюдали.
За первые несколько недель наблюдений с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) было обнаружено так много ярких далеких галактик, что это поставило под сомнение наши основные представления о формировании самых ранних галактик. Однако эти красные цвета свидетельствуют только о далекой галактике, а вместо нее может быть очень богатая пылью галактика, маскирующаяся под более далекий объект. Только прямые наблюдения спектральных линий — линий, присутствующих в спектре света галактики и используемых для идентификации присутствующих элементов, — могут надежно подтвердить истинные расстояния до этих галактик.
Сразу же после открытия этих ранних галактик-кандидатов два начинающих исследователя из Университета Нагоя и Национальной астрономической обсерватории Японии использовали сорок радиотелескопов системы ALMA в Чили для поиска спектральной линии, подтверждающей истинный возраст галактик.
Изображение галактики GHZ2/GLASS-z12 с соответствующим спектром ALMA. Глубокие спектроскопические наблюдения ALMA выявили вблизи галактики спектральную линию излучения, связанную с ионизированным кислородом, наблюдаемая частота которой была смещена в результате расширения Вселенной с момента излучения линии. Credit: NASA / ESA / CSA / T. Treu, UCLA / NAOJ / T. Bakx, Nagoya U.
ALMA нацелился на GHZ2/GLASS-z12 для поиска эмиссионной линии, связанной с кислородом, на ожидаемой частоте, предложенной наблюдениями JWST. Кислород является типично богатым элементом в далеких галактиках из-за относительно короткого времени образования, поэтому для увеличения шансов на обнаружение команда выбрала поиск эмиссионной линии кислорода.
Объединив сигналы каждого из 12-метровых телескопов, ALMA удалось обнаружить эмиссионную линию вблизи положения галактики. Наблюдаемое красное смещение линии указывает на то, что мы видим галактику такой, какой она была всего через 367 млн. лет после Большого взрыва.
«Первые изображения космического телескопа Джеймса Уэбба показали такое большое количество ранних галактик, что мы посчитали необходимым проверить полученные результаты с помощью лучшей обсерватории на Земле», — сказал ведущий автор исследования Том Баккс из Университета Нагои. «Это было очень интересное время для астрономов-наблюдателей, и мы могли в режиме реального времени следить за ходом наблюдений, в ходе которых будут проверяться результаты JWST».
«Поначалу нас беспокоило небольшое изменение положения между обнаруженной линией эмиссии кислорода и галактикой, которую видит Вебб, — отмечает автор статьи Том Баккс, — но мы провели детальные тесты наблюдений, чтобы подтвердить, что это действительно надежное обнаружение, и его очень трудно объяснить с помощью какой-либо другой интерпретации».
Соавтор исследования Хорхе Завала (Jorge Zavala) из Национальной астрономической обсерватории Японии добавляет: «Эмиссия ярких линий указывает на то, что эта галактика быстро обогатила свои газовые резервуары элементами тяжелее водорода и гелия. Это дает нам некоторые подсказки о формировании и эволюции первого поколения звезд и времени их жизни». Небольшое разделение между газообразным кислородом и эмиссией звезд может также свидетельствовать о том, что эти ранние галактики пострадали от сильных взрывов, в результате которых газ был выброшен из центра галактики в окружающую ее область и даже за ее пределы».
«Эти глубокие наблюдения ALMA являются надежным доказательством существования галактик в первые несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва и подтверждают удивительные результаты наблюдений Webb. Работа JWST только началась, но мы уже корректируем наши модели формирования галактик в ранней Вселенной в соответствии с этими наблюдениями. Объединенная мощь «Уэбба» и массива радиотелескопов ALMA дает нам уверенность в том, что мы сможем еще больше расширить наши космические горизонты и приблизиться к заре Вселенной».
