Міжнародна група астрономів, яка працює зі спостережними даними від космічного телескопа Джеймса Вебба, повідомила про те, що вони підтверджують відкриття найдавніших натепер галактик. Світлу від цих галактик знадобилося понад 13,4 мільярдів років, щоб досягти Землі. Це означає, що ці галактики існували у Всесвіті, коли після Великого Вибуху минуло менше, ніж 400 мільйонів років. Вік Всесвіту на той час становив лише 2% від його нинішнього віку.
Раніше виконані спостереження за допомогою Вебба виявили кандидатів у такі ранні галактики. Тепер вік цих зоряних систем підтверджено завдяки отриманим даним спектроскопічних спостережень. Метод спектроскопії дає змогу виявляти характерні особливості світла, що надходить від цих неймовірно слабких галактик.
«Було вкрай важливо довести, що ці галактики справді з раннього Всесвіту. Цілком можливо, що ближчі галактики маскуються під дуже віддалені галактики», — сказала астроном, співавтор дослідження, Емма Кертіс-Лейк (Emma Curtis-Lake) з Університету Гартфордширу (Великобританія). «Побачити спектр і підтвердити, як ми й сподівалися, що ці галактики справді лежать на межі нашого огляду, дещо далі, ніж може бачити “Габбл”! Це надзвичайно захопливе досягнення для місії».
Спостереження стали результатом співпраці науковців, які керували розробкою двох інструментів, встановлених на облавку «Вебба» — камери ближнього інфрачервоного діапазону (Near-Infrared Camera, NIRCam) і спектрографа ближнього інфрачервоного діапазону (Near-Infrared Spectrograph, NIRSpec).
Дослідження найслабших і найдавніших галактик — такою була головна мотивація створення цих інструментів. У 2015 р. групи науковців, які ініціювали виготовлення таких приладів, об’єдналися, щоб запропонувати для космічного телескопа Джеймса Вебба амбітну програму «Передовий глибокий позагалактичний огляд» (Advanced Deep Extragalactic Survey, JADES). На цю програму, націлену на безпрецедентний як за глибиною, так і за докладністю огляд раннього Всесвіту, виділено трохи більше одного місяця спостережного часу телескопа протягом перших двох років його роботи.
JADES — це міжнародна співпраця понад вісімдесяти астрономів із десяти країн. «Ці результати є кульмінацією того, чому команди NIRCam і NIRSpec об’єдналися, щоб виконати цю програму спостережень», — зауважила співавтор дослідження Марсія Ріке (Marcia Rieke), головний науковець з роботи із NIRCam з Аризонського університету в Тусоні.
Перший етап спостережень JADES був зосереджений на ділянці всередині та навколо надглибокого поля Космічного телескопа імені Габбла. Понад 20 років ця маленька ділянка неба була ціллю майже всіх великих телескопів. Це дало змогу отримати набір винятково чутливих даних, що охоплюють весь електромагнітний спектр. Тепер «Вебб» робить свій унікальний внесок в ці дані, забезпечивши найяскравіші та найчіткіші зображення, які коли-небудь були отримані.
Виконання програми JADES почалося з того, NIRCam протягом понад 10 днів спостерігала поле у дев’яти різних інфрачервоних кольорах. За цими даними було створено вишукані зображення ділянки неба у 15 разів більшої за найглибші інфрачервоні зображення, створені Космічним телескопом імені Габбла. Ба більше, вона навіть глибша та чіткіша на цих довжинах хвиль. Кутові розміри отриманого зображення такі що й розміри об’єкта, який людина може бачити з відстані у понад півтора кілометри. Однак на зображенні зафіксовано майже 100 000 галактик, кожна з яких потрапила на знімок у певний момент своєї історії, мільярди років тому.
Це зображення, отримане за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба, висвітлює ділянку неба, яку науковці вивчають у рамках виконання програми «Передовий глибокий позагалактичний огляд» (Advanced Deep Extragalactic Survey, JADES). Ця ділянка міститься навколо і в межах надглибокого поля Космічного телескопа імені Габбла. Дослідники використовували інструмент NIRCam для спостережень поля в дев’яти різних інфрачервоних діапазонах довжин хвиль. На отриманих зображеннях науковці шукали слабкі галактики, видимі в інфрачервоному діапазоні, але спектри яких раптово обриваються на критичній довжині хвилі. Вони виконали додаткові спостереження (тут не показано) за допомогою приладу NIRSpec, щоб виміряти червоне зміщення кожної галактики та виявити в них властивості газу і зір. На цьому зображенні синій колір позначає випромінювання на довжині хвилі 1,15 мікрона (115 Вт), зелений — 2,0 мікрона (200 Вт), а червоний — 4,44 мікрона (444 Вт). Авторські права на зображення: NASA, ESA, CSA & M. Zamani (ESA/Webb). Фото з сайту https://phys.org.
«Ми вперше виявили галактики, що існували лише через 350 мільйонів років після Великого Вибуху, і ми абсолютно впевнені в їхній фантастичній відстані», — сказав співавтор дослідження Брант Робертсон (Brant Robertson) з Каліфорнійського університету в Санта-Круз, учасник групи науковців, які працюють з інструментом NIRCam. «Знайти ці ранні галактики на таких приголомшливо красивих зображеннях — це особливий досвід».
На цих зображеннях галактики раннього Всесвіту можна відрізнити від інших за характерним аспектом їхніх кольорів. Довжина хвилі випромінювання розтягується, коли Всесвіт розширюється, і світло від цих наймолодших галактик розтягується до 14 разів.
Астрономи шукають слабкі галактики, видимі в інфрачервоному діапазоні, але світло яких раптово обривається на критичній (це так званий розрив Лаймана — Ред.) довжині хвилі. Місце обриву в спектрі кожної галактики зміщується внаслідок розширення Всесвіту. Наукова група програми JADES проаналізувала зображення, отримані за допомогою «Вебба», з метою пошуків найвіддаленіших галактик-кандидатів.
Потім дослідники використали інструмент NIRSpec, щоб виконати протягом трьох діб один період спостережень — «Вебб» загалом збирав дані упродовж 28 годин. Група зареєструвала випромінювання від 250 слабких галактик, що дало змогу вивчити закономірності, закарбовані в спектрі атомами кожної галактики. На підставі цього виконано точні вимірювання червоного зміщення кожної галактики та виявлено властивості їх газу і зір.
«Це, безумовно, найслабкіші інфрачервоні спектри, які коли-небудь були отримані», — сказав астроном і співавтор дослідження Стефано Карніані (Stefano Carniani) з Вищої нормальної школи (Scuola Normale Superiore) в Італії. «Вони показують те, що ми сподівалися побачити: точне вимірювання граничної довжини хвилі світла через розсіювання міжгалактичного водню».
Чотири з досліджених галактик є винятково особливими, бо виявлено, що вони належать до безпрецедентно ранньої епохи. Результати надали спектроскопічне підтвердження того, що ці чотири галактики мають червоне зміщення понад 10, а дві з них — червоне зміщення 13. Це відповідає часу, коли Всесвіту було приблизно 330 мільйонів років. Так встановлено новий рубіж у пошуку далеких галактик. Ці галактики надзвичайно тьмяні через велику віддаленість від нас. Тепер астрономи можуть досліджувати їхні властивості завдяки винятковій чутливості космічного телескопа Вебба.
Астроном і співавтор дослідження Сандро Таккелла (Sandro Tacchella) з Кембриджського університету (Великобританія) пояснив: «Важко зрозуміти галактики, не розуміючи початкових періодів їхнього розвитку. Як і в разі людей, багато чого з того, що відбувається з галактикою пізніше, залежить від впливу ранніх поколінь зір. Дуже багато запитань про галактики чекали початку спостережень “Вебба”, і ми раді, що можемо взяти участь у розкритті цієї історії».
У 2023 році науковці в рамках виконання програми JADES продовжать докладне дослідження іншої ділянки з культового глибокого поля «Габбла», а потім повернуться до надглибокого поля для ще одного етапу отримання глибоких зображень і спектроскопії. Ще багато кандидатів у цій ділянці чекають на спектроскопічні дослідження. Для цього вже схвалено виділення для науковців сотень годин додаткового спостережного часу на телескопі Джеймса Вебба.
За інф. з сайту https://phys.org
