Все мы все помним эту удивительную «фотографию»: скопление галактик SMACS 0723, запечатлённое космическим телескопом имени Джеймса Уэбба. Это было первое научное изображение, полученное от крупнейшей космической обсерватории в истории человечества.
Среди множества галактик, запечатлённых на этой потрясающей картинке, можно увидеть небольшие объекты, которые, учитывая их небольшой размер и цвет, кажутся очень далёкими. Не будем забывать, что телескоп имени Джеймса Уэбба (JWST) позволяет нам видеть Вселенную только в инфракрасном диапазоне. В данном случае это означает что объект, который выглядит очень красным в искусственных цветах, излучает только в инфракрасном диапазоне. И речь идёт о галактике. Далёкой предалёкой галактике. И мы видим её такой, какой она была через относительно небольшое время после Большого Взрыва.
За последние месяцы уже ставшая легендарной космическая обсерватория получила и другие не менее впечатляющие снимки. Один из них – это очень красивое изображение группы галактик под названием Скопление Пандоры (Abell 2744). Оно также показало нам очень далёкие галактики, затронутые гравитационным линзированием более близких скоплений галактик.
Итак, что же нового астрономы узнали, изучая эти изображения? На самом деле много чего. Однако опубликовать по этому поводу серьёзные научные статьи за несколько месяцев крайне сложно. Поэтому многие результаты проведённой работы являются предварительными. По этой причине разные группы исследователей противоречат друг другу в своих выводах.
Первое что сразу же вызывает вопросы при просмотре этих изображений (как и на других, сделанных позже) – на них можно увидеть несколько галактик, которые являются кандидатами на наличие красного смещения (z) около 11 и выше! Это означает, что мы видим их, когда Вселенной было от… 200 до 400 миллионов лет! И это, на самом деле, весьма занятно. И именно это вызывает ожесточённые споры между учёными мужами.
Дело тут вот в чём. Ключевой вопрос заключается в том, что для формирования каких-то более или менее правдоподобных выводов необходимо достоверно знать, как далеко на самом деле находятся все эти ранние галактики. А это непросто. Потому что JWST не может провести спектральный анализ света, полученного от всех объектов, видимых на полученных изображениях. А без этих данных нельзя рассчитать красное смещение, которое и даёт возраст и расстояние до наблюдаемого объекта.
По этой причине астрономы используют небольшую уловку.
Этот гениальный способ основан на том, что ультрафиолетовое излучение, испускаемое звёздами далёких галактик, поглощается межзвёздной средой. Поэтому до нас не доходит излучение из этой области спектра. И чем дальше находится галактика, тем больше у неё будет красное смещение, и, таким образом этот эффект будет проявляться на всё более и более длинных волнах.
Для изучаемых древних галактик речь идёт о среднем инфракрасном диапазоне. То есть как раз о той области спектра, которую может «видеть» JWST. Для первого приближения, позволяющего провести предварительный расчёт значения z, исследователям просто нужно сравнить изображения JWST, сделанные с разными фильтрами. И посмотреть, какие отдалённые галактики и в каком случае становятся не видны.
Сложно. Ну ладно. Наука такая вещь, что делать. И если Вы ничего не поняли из того, что было написано выше, не грустите. Это не отменяет того факта, что Вы просто хороший, добрый и замечательный человек. И это главное, на самом деле😉.
И всё-таки. Что же такого особенного в этих галактиках? В конце концов, так и должно быть! Ведь будучи способным видеть в инфракрасном диапазоне, космический телескоп имени Джеймса Уэбба и должен видеть объекты, расположенные дальше, чем видит Хаббл! И наземные обсерватории тем более. Верно? Ведь так и задумывалось! Разве нет?
Да, это так. Удивительно здесь не это. А то, что мало кто ожидал увидеть так много далёких галактик с z больше 11! Не говоря уже о значении z между 15 и 20. Почему? Да потому что считается, что только самые первые звезды имеют z =20 или около того. И очень трудно объяснить тот факт, что в это далёкое время мы видим уже сформировавшиеся галактики! И дело даже не в том, что обнаружено много чрезвычайно молодых галактик. Но и в том, что большинство из них имеют весьма развитую структуру! Среди них есть даже дискообразные! Что противоречит выводам некоторых предшествующих исследований самых первых галактик, проведённых по данным, полученным от телескопа Хаббл…
Так что же это такое получается, товарищи дорогие? Все эти теории, гипотезы, семинары и банкеты были зря? Большой взрыв – утопия и галиматья? Вся космология коту под хвост, так что ли?
Давайте пока не будем спешить с выводами. И для начала вспомним, что большинство из всех этих далёких галактик на самом деле являются лишь кандидатами в далёкие галактики. Чтобы убедиться, что они действительно находятся так далеко, нужно подтвердить их точное значение z с помощью подробного изучения их спектров. Но у JWST запланировано столько работы, что пока просто физически нет времени на подтверждение каждого кандидата. К тому же, описанный фотометрический метод очень неточен. И многие красные смещения, рассчитанные этим методом, могут быть некорректными из-за ошибок калибровки или из-за большого количества пыли в галактиках. Вполне возможно, что именно из-за неё они кажутся более красными и далёкими, чем есть на самом деле.
Что еще знают астрономы о галактиках, для которых были получены подробные удивительные спектры? Известно, что их свечение исходит не только от звёздного света. Но и от очень горячего ионизированного межзвёздного газа. Учёные также видят, что доля кислорода (и, соответственно, доля других «тяжёлых» элементов) составляет всего 2% от средней в «современных» галактиках. И это вполне укладывается в рамки современных теорий, если принять во внимание, что первые звезды состояли только из водорода и гелия. А остальные элементы образовались уже позже в недрах следующих поколений звёзд. И поэтому чем моложе галактика, тем меньше в ней содержится «металлов». Так на астрофизическом жаргоне именуются все элементы тяжелее гелия.
До получения новых странных данных считалось, что самые первые галактики были весьма небольшими. Их размер составлял не более 5% от размера Млечного Пути. Они содержали большое количество газа и очень молодые звёзды. И имели, как правило, сферическую форму и зеленоватый цвет. Эти маленькие галактики были самыми примитивными с точки зрения их химического состава.
Но внезапно оказалось, что это, возможно, вовсе и не так.
Так какой же вывод можно сделать из всей этой истории? Наверное такой: молодая Вселенная была более сложным местом, чем думали астрономы. Но что интригует еще больше, так это то, что все эти открытия — результат работы космического телескопа, который получает уникальные научные данные чуть более полугода.
Но какие чудеса ему ещё предстоит открыть?