Изображение кандидата в галактики CEERS-93316.
Sophie Jewell, Clara Pollock
Астрономы при помощи инфракрасной космической обсерватории «Джеймс Уэбб» обнаружили очередного кандидата в древнейшую галактику, который существовал во времена, когда возраст Вселенной составлял всего 250 миллионов лет. Она достаточно массивна и активно образовывала звезды, начав этот процесс спустя примерно 120−220 миллионов лет после Большого Взрыва. Препринт работы опубликован на сайте arXiv.org.
За последнее десятилетие астрономы серьезно продвинулись в деле изучения эволюции галактик во Вселенной, обнаруживая системы до значения космологического красного смещения z почти 11. Результаты наблюдений «Джеймса Уэбба», который недавно начал научную программу, по мнению многих ученых, должны серьезно расширить и дополнить текущие космологические представления, так как должны выявить объекты вплоть до z=20. В частности, обсерватория уже отыскала двух кандидатов в рекордно далекие галактики при значениях z=13–15, что важно для определения времени начала эпохи Реионизации, когда популяция первых галактик стала способна вторично ионизовать водород в межзвездной и межгалактической среде. Кроме того, обсерватория должна помочь астрономам разобраться в эволюции морфологии галактик и динамики скорости звездообразования в них (параметр SFRD (cosmic star-formation rate density) в разные этапы существования Вселенной.
Группа астрономов во главе с Каллумом Доннаном (Callum T. Donnan) из Эдинбургского университета сообщила об обнаружении очередного кандидата в самую далекую известную на сегодня галактику, получившего обозначение CEERS 93316. Открытие было сделано в ходе поиска и исследований галактик в диапазоне красных смещений z=8−15 в фотометрических данных глубоких полей неба, наблюдавшихся инструментом NIRCam «Джеймса Уэбба» по программам GLASS, CEERS и в окрестностях скопления галактик SMACS0723, а также поля COSMOS, наблюдавшегося в рамках наземного обзора UltraVISTA и космическим телескопом «Спитцер». Всего использованная для анализа выборка содержала 55 галактик с большим красным смещением, 44 из которых являются новыми.
В работе ученые использовали метод Лаймановского скачка, суть которого заключается в том, что фотон, характеризуемый длиной волны короче 912 ангстремов, будет полностью поглощен газообразным водородом как в наблюдаемой далекой галактике, так и на луче зрения к земному наблюдателю. В результате в спектре галактики будет наблюдаться излом. Используя наборы фильтров, работающих на разных длинах волн, можно вести поиск галактик на разных красных смещениях.
Изображения галактики CEERS 93316, полученные «Джеймсом Уэббом» при помощи набора фильтров.
C. T. Donnan et al. / arXiv, 2022
Фотометрическое красное смещение CEERS 93316 составило z=16,6±0,1, что соответствует возрасту Вселенной на момент ее существования около 250 миллионов лет. Это необычный результат, поэтому исследователи проверили версии того, что значение смещения было определено неверно, или что объект представляет собой звезду или незатененное активное галактическое ядро, однако не нашли другого правдоподобного объяснения, кроме галактики с новым рекордным красным смещением.
CEERS 93316 относительно массивна (звездная масса оценивается в 109 масс Солнца). Скорость звездообразования в галактике оценена в 101,1 масс Солнца в год, при этом процесс звездообразования начался в галактике в промежутке между 120 и 220 миллионами лет после Большого взрыва (z=18−26), а ученые не нашли доказательств того, что система обладает необычным звездным населением (то есть с преобладанием звездного населения III). Исследователи также дали новую оценку эволюции функции плотности ультрафиолетовой светимости эволюционирующих галактик при z=8−15, придя к выводу, что она лучше всего описывается двойной степенной функцией.
Подробнее про первые научные данные «Джеймса Уэбба» можно прочесть в материале «Посмотреть инфракрасным глазом».
Александр Войтюк