Подтверждено существование самой тусклой и далекой галактики

Международная группа астрофизиков под руководством ученых Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе подтвердила существование самой тусклой и далекой галактики, когда-либо наблюдаемой в ранней Вселенной. Галактика JD1 является одной из самых далеких среди идентифицированных на настоящий момент. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature.

Ультраслабую галактику JD1 обнаружили с помощью телескопа имени Джеймса Уэбба. Она возникла во времена перехода от эпохи темных веков к эпохе реионизации, когда атомы нейтрального водорода поглощали ультрафиолетовое излучение от первых звезд и ионизировались, что, в свою очередь, сделало Вселенную прозрачной.

JD1 находится далеко за галактическим скоплением Abell 2744, которое играет роль гравитационной линзы. Совокупная масса галактик в скоплении создает гравитационную силу, которая искажает и усиливает свет от фоновых галактик, заставляя JD1 выглядеть больше и в 13 раз ярче. Для наблюдения за ультраслабой галактикой был использован спектрограф ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec на телескопе Уэбба, а также камера ближнего инфракрасного диапазона NIRCam.

Чтобы подтвердить, что галактика JD1 является очень далекой, ученые идентифицировали в ее спектре 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.

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 определить расстояние до нее.

Свету, испущенному галактикой, потребовалось 13,3 миллиарда лет, чтобы достичь Земли, однако за это время Вселенная успела расшириться, поэтому галактика в настоящий момент удалена от Земли на расстояние (в космологии оно называется собственным расстоянием) на 31,3 миллиарда световых лет. Она возникла всего лишь через 480 миллионов лет после Большого взрыва.

JD1 имеет компактную и сложную морфологию, а ее масса оценивается примерно в 10 миллионов масс Солнца. Металличность, то есть содержание элементов тяжелее гелия, у нее ниже, чем у Солнца. Это объясняется тем, что первые звезды могли состоять только из водорода, но постепенно производили тяжелые элементы по мере звездной эволюции.