Найдена древнейшая галактика: пик звездообразования или квазар?

Изучение формирования первых галактик — одна из главных целей современной астрономии. Ученые надеются, что это позволит подтвердить гипотезы о первом поколении звезд и разобраться, как за короткое, по астрономическим меркам, время могли образоваться сверхмассивные черные дыры. К счастью, чем глубже мы смотрим в космос, тем более древние объекты можем изучать.

На сегодня самой древней галактикой считается GN-z11, расположенная в 13,4 миллиарда световых лет от нас. Новый кандидат, по оценкам авторов исследования, находится на 100 миллионов световых лет дальше. Получается, эта галактика сформировалась, когда Вселенной было всего 300 миллионов лет. Описание нового объекта ученые опубликуют в журнале Astrophysical Journal. В сопроводительной статье, которая выйдет в MNRAS Letters, группа выдвинула предположения о природе объекта.

Открытую далекую галактику назвали HD1. На снимке она выглядит маленькой красной точкой, но в реальности ярко светится в ультрафиолетовом диапазоне, что указывает на протекающие в ней высокоэнергетические процессы.

Сперва ученые приняли HD1 за обычную галактику на пике звездообразования. Однако дальнейший анализ показал, что при такой яркости там ежегодно должны рождаться более 100 обычных звезд. Это как минимум в десять раз больше, чем ожидается от подобных галактик. Тогда астрономы стали подозревать, что это не привычные нам звезды.

По предположениям ученых, первые звезды во Вселенной были гораздо массивнее, ярче и горячее, чем привычные звезды. Это гипотетическое первое поколение звезд — население III — должно было очень ярко светиться в ультрафиолетовом диапазоне. «Свойства HD1 гораздо проще объяснить, если предположить, что там рождались звезды первого поколения», — объяснил Фабио Пакуччи (Fabio Pacucci), астроном из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США).

Авторы нашли и альтернативное объяснение. HD1 может быть квазаром. Тогда ее ультрафиолетовая яркость объясняется наличием активной сверхмассивной черной дыры. Существование настолько массивных объектов в молодой Вселенной остается одной из главных проблем современной астрофизики. К сожалению, изучать этот объект современными инструментами тяжело.

Галактику HD1 искали среди более 700 тысяч объектов. Исследователи использовали данные свыше 1200 часов наблюдений телескопов «Субару», VISTA, UKIRT и космического «Спитцера». Главный автор открытия, астрофизик Юйчи Харикане (Yuichi Harikane), рассказывает, что у него «мурашки по коже пробежали», когда он заметил галактику: «Красный цвет HD1 на удивление хорошо совпал с характеристиками, которые мы ожидали увидеть от галактики, расположенной в 13,5 миллиарда световых лет от нас». Затем группа уточнила расстояние до объекта в процессе дополнительных наблюдений через радиотелескоп ALMA.

Пока мы мало что можем узнать о природе HD1. Астроном Фабио Пакуччи сравнил поиск ответов с попытками «угадать национальность судна по флагу, будучи на далеком берегу, в то время как корабль находится посреди шторма и плотного тумана». В общем, требуются долгий анализ и последовательное опровержение всех возможных гипотез.

Команда планирует в скором времени перепроверить оценку расстояния с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», который сейчас проходит период настройки и тестирования. Новые наблюдения обеспечат астрономов дополнительными данными для анализа HD1.

«Чтобы сформироваться всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, черная дыра в HD1 должна была расти с невероятной скоростью, — комментирует астрофизик Ави Лёб (Avi Loeb), соавтор второго исследования. — Как всегда, природа оказалась гораздо изобретательнее нас».