Самая древняя галактика оказалась взрослой и насыщенной кислородом

В 2024 году ученые проекта JADES Origin Field по поиску потенциальных кандидатов в древнейшие галактики спектроскопически подтвердили открытие рекордсмена — галактики JADES-GS-z14-0 с красным смещением 14,32. Мы видим ее такой, какой она была через 290 миллионов лет после Большого взрыва. На небе она соседствует с гораздо более близкой к нам галактикой, которая своей гравитацией удачно усиливает свет далекого объекта, хоть и «засоряет» его излучением.

Обычно астрономы ищут галактики по общей яркости и «цвету» их излучения, а для более подробных исследований используют спектроскопические измерения, которые требуют более продолжительных наблюдений. По спектру галактики изучают ее состав, распространенность разных классов звезд, скорость их формирования и многое другое.

Ученые наблюдают за галактикой JADES-GS-z14-0 с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб», который, конечно, оборудован мощным спектрографом NIRSpec. Но есть проблема: объект находится так далеко от нас, что из-за красного смещения привычные спектральные линии излучения попадают в область спектра, которую этот инструмент просто не видит. Зато они попадают в область возможностей прибора для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения MIRI.

Инструмент MIRI тоже оснащен спектрографом, но не настолько мощным. На получение необходимых данных потребовалось примерно девять дней работы телескопа «Джеймс Уэбб». Сопоставив данные наблюдений MIRI с результатами других инструментов, астрономы смогли подробнее описать древнейшую галактику JADES-GS-z14-0. Для анализа ученые также применили компьютерное моделирование, чтобы проверить разные версии эволюции и формирования звезд в этой галактике. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Оказалось, масса звезд JADES-GS-z14-0 — порядка 500 миллионов солнц, то есть примерно в 10 раз меньше, чем в нашей галактике Млечный Путь. Скорость формирования — 25 солнечных масс в год, что соответствует оценкам для таких древних галактик. При этом плотность рождения новых звезд в галактике очень высокая — сопоставимая с самыми яркими вспышками звездообразования в современной Вселенной.

В этих оценках учитываются лишь самые массивные и яркие звезды. Впрочем, вероятно, звезды других размеров там и не образуются — все еще сильно греет реликтовое излучение, а в межзвездном газе и пыли не хватает тяжелых элементов. Кстати, о тяжелых элементах: в древнейшей галактике JADES-GS-z14-0 оказалось немало кислорода. Теоретически, чтобы получить такое количество, галактика должна была формировать звезды на протяжении уже 100 миллионов лет к моменту наших наблюдений. Кстати, недавно ученые объяснили, как первое поколение звезд могло насытить Вселенную кислородом еще до первых галактик, хотя пока не ясно, смог бы этот кислород «пережить» сам процесс галактического формирования.

Для более подробного изучения кислорода и других элементов в JADES-GS-z14-0 потребуются дополнительные наблюдения. Главное, как показало исследование, для изучения древнейших галактик можно успешно использовать приборы для работы в среднем диапазоне инфракрасного излучения.