Международная группа астрономов сообщила об обнаружении одних из самых далеких и древних галактик с помощью телескопа Джеймса Уэбба, которые оказались намного ярче, чем ожидалось для галактик ранней Вселенной. Это означает, что они должны были начать образовываться всего через сто миллионов лет после Большого взрыва. Об открытии сообщается в статье, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters.
Ученые провели глубокие наблюдения гигантского галактического скопления Abell 2744 (также известное как скопление Пандоры) в рамках научной программы GLASS-JWST-ERS. Они нацелились на ту часть неба, которая занимала боковое положение на предыдущем глубоком изображении скопления, полученном в 2014 году космическим телескопом «Хаббл» в ходе программы Frontier Fields.
Исследователи провели поиск так называемых галактик лаймановского разрыва (англ. Lyman-break galaxies, LBG) — очень отдаленных галактик, в которых происходит активное звездообразование. Для их обнаружения ученые проводят поиск излучения, в спектре которого присутствует так называемый предел Лаймана — волна длиной 91,15 нанометра, порождаемая переходом атома водорода из основного состояния в ион водорода. Присутствие предела в излучении звезды указывает на то, что она состоит преимущественно из водорода и, таким образом, является очень древней.
Фото: NASA / ESA / CSA / Tommaso Treu (UCLA) / Zolt G. Levay (STScI)
Если в регионе происходит звездообразование, то скопления нейтрального газа поглощают значительную долю волн, чья длина короче предела Лаймана, что известно как лаймановский разрыв. Для галактики с красным смещением z = 3 и более (время путешествия света более 11 миллиардов лет) длина волны разрыва значительно растягивается из-за расширения Вселенной, что позволяет обнаружить ее наземными и космическими телескопами.
Исследователи отобрали пять кандидатов с красными смещениями z > 9 и обнаружили две исключительно яркие галактики GHZ1 и GHZ2 с красными смещениями z = 10,6 и z = 12,2, свет от которых шел 13,22 и 13,29 миллиарда лет соответственно. Это означает, что эти галактики существовали 366-445 миллионов лет после Большого взрыва, а собственное расстояние до них составляет примерно 32 миллиарда световых лет. Их яркость, возможно, объясняется тем, что они содержат молодое звездное население с очень низким содержанием элементов тяжелее гелия.
Обе галактики не являются самыми далекими из известных, поскольку рекорд принадлежит объекту HD1 — предполагаемой галактике с красным смещением 13,2, что соответствует времени путешествия света 13,33 миллиарда лет и собственному расстоянию 33 миллиарда световых лет. Однако ученые были удивлены тем, что на небольшом участке неба обнаружено сразу два ярких объекта с высоким красным смещением, хотя вероятность найти даже один такой объект является низкой.
Результаты исследования предполагают, что начало звездообразования могло начаться всего через 100 миллионов лет после Большого взрыва, который произошел 13,8 миллиарда лет назад. Это знаменует собой раннее окончание Темных веков — длительного периода в эволюции Вселенной, когда еще не существовало первых источников излучения.