Найдена новая древнейшая галактика, какой она была через 290 миллионов лет после Большого взрыва

В первые же недели после начала работы космический телескоп «Джеймс Уэбб» начал находить кандидатов в первые галактики Вселенной. Даже по самым оптимистичным моделям формирования звезд и галактик ученые не ожидали, что удастся разглядеть объекты во времена, когда с Большого взрыва прошло менее 370 миллионов лет (красное смещение больше 12).

Древнейшие галактики оказались относительно яркими, с массой в десятки и тысячи миллионов солнечных масс. Звезды в них молодые — возрастом от десятков миллионов до миллиарда лет. При этом сами галактики компактные — с радиусом менее одного килопарсека (примерно 3,3 тысячи световых лет). В них идет активное звездообразование со скоростью 50-100 солнечных масс в земной год.

Поодиночке эти объекты не кажутся такими уж необычными с учетом динамики эволюции молодой Вселенной. Но если рассматривать их вместе, появляется ощущение, что их слишком много, ведь с Большого взрыва на тот момент прошли считаные сотни миллионов лет.

С целью разобраться в статистике таких объектов был запущен проект JADES Origin Field. В рамках него ученые анализируют наблюдения «Джеймса Уэбба», выявляя потенциальных кандидатов в самые далекие галактики. Главное — они отсеивают галактики, которые находятся гораздо ближе к нам, но по некоторым фрагментам своего спектра похожи на первые галактики Вселенной.

В работе, выложенной в открытый доступ на сайте ArXiv, астрономы представили первые результаты анализа находок проекта. Им удалось найти девять объектов с красным смещением от 12 до 15, то есть когда Вселенной было менее 370 миллионов лет. Их радиус — от 50 до 200 парсек, возраст звезд — 30-50 миллионов лет, скорость звездообразования — 0,1-10 солнечных масс в земной год. Причем авторы статьи уверены, что разработанный ими метод поиска позволит отсеять и более древние галактики.

В число этих кандидатов попала JADES-GS-z14-0. Команда JADES заметила ее более года назад. Проблема была в «соседке», еще одной галактике, которая оказалась значительно ближе. Ее излучение «засоряет» спектр далекой галактики, поэтому возникло предположение, что объекты действительно находятся рядом друг с другом. Впрочем, в близости на небе есть свой плюс: из-за гравитационного линзирования далекая галактика кажется чуть ярче, что упрощает ее изучение.

Поняв, что эти объекты все же не соседи, в октябре 2023 года группа проекта JADES провела дополнительные наблюдения за JADES-GS-z14-0 с помощью «Джеймса Уэбба». Спектроскопический анализ подтвердил ее рекордное красное смещение — 14,32. Мы видим ее такой, какой она была через 290 миллионов лет после Большого взрыва.

«Теперь JADES-GS-z14-0 стала архетипом этого феномена (быстрого образования больших и массивных галактик в молодой Вселенной. — Прим. ред.). Удивительно, что Вселенная смогла создать такую галактику всего за 300 миллионов лет», — объяснил важность открытия Стефано Карниани, главный автор исследования с описанием галактики, опубликованного на сайте препринтов ArXiv.

Исследователи изучили еще одну галактику — JADES-GS-z14-1. Ее красное смещение чуть меньше (z = 13,9), то есть мы видим ее такой, какой она была примерно через 303 миллиона лет после Большого взрыва.

Обе галактики нарастили массу за предшествовавшие 100 миллионов лет. Они яркие, но древнейшая галактика поражает своей яркостью. Несмотря на красное смещение, это третья по УФ-яркости галактика из 700 кандидатов в галактик JADES с красным смещением более восьми (возраст Вселенной — менее 646 миллионов лет).

«Несмотря на небольшой возраст, эта галактика активно производит знакомые нам на Земле элементы», — прокомментировал Цзыхао У (Zihao Wu), один из авторов второй работы.

JADES ведет поиск в относительно небольшой области неба. Тот факт, что астрономам проекта удалось отыскать настолько древние и яркие галактики, указывает на то, что подобных объектов очень много. Метод, разработанный авторами первой упомянутой публикации, поможет отыскать еще больше таких объектов и, наконец, разобраться, как в молодой Вселенной так быстро появились настолько большие структуры.