За допомогою Космічного телескопа імені Габбла досягнуто надзвичайного результату: зареєстровано світло зорі, яка існувала у Всесвіті протягом першого мільярда років після Великого Вибуху. Її червоне зміщення становить 6,2 і на тепер вона є найвіддаленішою зорею, які коли-небудь спостерігали астрономи. Цей об’єкт буде однією з цілей для космічного телескопа Джеймса Вебба у перший рік його роботи.

Як порівняти з попереднім рекордсменом (у 2018 році «Габбл» виявив зорю, що існувала, коли Всесвіту було близько 4 мільярдів років, або 30 відсотків його теперішнього віку; для такого віку значення червоного зміщення становить 1,5), ця знахідка є величезним стрибком назад у часі. Науковці використовують поняття «червоне зміщення», бо в міру розширення Всесвіту світло від далеких об’єктів «зміщується» в довгохвильову ділянку електромагнітного спектра, тобто довжини хвиль випромінювання збільшуються чи «розтягуються».

Але щойно виявлена ​​зоря лежить так далеко, що її світлу знадобилося 12,9 мільярдів років, щоб досягти Землі. Ми бачимо її такою, якою вона була, коли вік Всесвіту становив лише 7 відсотків від його теперішнього віку, при червоному зміщенні 6,2. Найменші об’єкти, які раніше бачили на такій великій відстані, — це скупчення зір, вбудовані всередині ранніх галактик.

«Спочатку ми майже не повірили в це, вона була набагато далі, ніж попередня найвіддаленіша зоря з найвищим червоним зміщенням», — сказав астроном Браян Велч (Brian Welch) з Університету Джона Гопкінса в Балтіморі, перший автор статті в якій ідеться про відкриття. Її оприлюднив журнал Nature.

Відкриття зроблено на основі даних, зібраних за допомогою «Габбла» під час виконання програми RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey), якою керував співавтор Ден Коу (Dan Coe) з Наукового інституту космічного телескопа (Space Telescope Science Institute, STScI).

«Зазвичай на таких відстанях цілі галактики мають вигляд невеликих плям, світло від мільйонів зір зливається разом», — сказав Велч. «Галактика, в якій міститься ця зоря, була збільшена і спотворена гравітаційною лінзою у довгий півмісяць, який ми назвали “Дуга сходу Сонця” (Sunrise Arc)». Докладно вивчивши галактику, Велч визначив, що однією з особливостей є надзвичайно збільшене зображення зорі, яку він назвав Earendel (Еарендел), що в перекладі з староанглійської означає «ранкова зірка» («morning star»). Відкриття знаменує початок досі незвіданої астрономами ери дуже раннього зореутворення у Всесвіті.

Зоря, названа Еарендел (позначена стрілкою) розташована вздовж брижі у просторі-часі, що уможливило надзвичайне її збільшення. Завдяки цьому зорю вдалося побачити на тлі зображення її материнської галактики, яку видно на зображенні у вигляді червоної плями. Вся сцену астрономи розглядали через природну лінзу, створену масивним скупченням галактик, тобто завдяки ефекту, який астрономи називають гравітаційним лінзуванням. Він дає змогу побачити особливості галактики, хоча і деформує їх зовнішній вигляд. Червоні точки по обидва боки від Еарендел — це одне зоряне скупчення, яке віддзеркалюється по обидва боки брижі через дію гравітаційної лінзи. Зображення галактики, яку астрономи назвали «Дуга сходу Сонця» (Sunrise Arc), на світлині видно тричі, а вузли вздовж її довжини є дзеркальними зображеннями зоряних скупчень. Унікальне положення Еарендел прямо вздовж лінії максимального збільшення дало змогу її виявити, навіть якщо цей об’єкт не зоряне скупчення. Фото з сайту https://esahubble.org.

«Еарендел існувала так давно, що вона, можливо, під час формування не мала такої ж сировини, як нинішні зорі», — пояснив Велч. «Вивчення Еарендел стане вікном у епоху Всесвіту, яка нам не знайома, але яка спричинила все те, що ми спостерігаємо. Схоже, ми читали справді цікаву книгу, але ми почали з другого розділу, і тепер у нас буде можливість побачити, як все починалося», — сказав Велч.

«Існує давнє теоретичне передбачення, що зорі, утворені тільки з елементів, які були сформовані незабаром після Великого Вибуху — водню, гелію та незначної кількості літію — мають бути більш масивними, ніж зорі, які утворюються нині», — додав Ерік Закріссон (Erik Zackrisson), учасник наукової групи з кафедри фізики та астрономії Уппсальського університету в Швеції. «Ці первісні зорі, відомі як зірки популяції III, поки що спостерігачі не бачили, але їх можна було б виявити, якщо отримати дуже велике збільшення завдяки ефекту гравітаційного лінзування, як у разі з об’єктом Еарендел».

Науковці обчислили: Еарендел щонайменше в 50 разів перевищує масу Сонця і в мільйони разів яскравіший. Тобто вона є конкурентом для відомих зір з найбільшими масами. Але навіть таку яскраву зорю з дуже великою масою неможливо було б побачити на такій великій відстані без допомоги природного збільшення. Його уможливило величезне скупчення галактик WHL0137-08, що лежить між Землею та зорею Еарендел. Маса скупчення галактик деформує тканину космосу, створюючи потужне природне збільшувальне скло, яке спотворює і значно посилює світло від далеких об’єктів за ним.

Завдяки рідкісному положенню відносно Землі й скупчення галактик, зоря Еарендел потрапляє прямо на брижі космічного простору або міститься дуже близько від неї. Ця брижа, відома в оптиці як «каустика», забезпечує максимальні збільшення та блиск. Ефект аналогічний поверхні басейну з хвилями, що спричиняє до появи візерунку яскравого світла на дні басейну в сонячний день. Брижі на поверхні діють як лінзи і фокусують сонячне світло до максимальної яскравості на дні басейна.

Завдяки каустиці зоря Еарендел виділяється на загальному тлі світла материнської галактики. Її блиск збільшений в тисячу разів і більше. На даний момент астрономи не можуть визначити, чи є Еарендел подвійною зорею, але, як відомо, більшість масивних зір мають принаймні одну меншу зорю-компаньйон.

Астрономи очікують, що блиск Еарендел буде дуже великим протягом багатьох років. Зорю у 2022 році спостерігатиме космічний телескоп імені Джеймса Вебба в рамках програми спостережень №2282. Висока чутливість «Вебба» до інфрачервоного світла дасть змогу дізнатися більше про Еарендел, адже її світло розтягується (ефект червоного зміщення) до більших довжин інфрачервоних хвиль внаслідок розширення Всесвіту.

«Зображення та спектри, отримані за допомогою “Вебба” дозволять нам підтвердити, що Еарендел справді зоря, а також краще оцінити її вік, температуру, масу та радіус», — пояснив учасник наукової групи Хосе Марія Дієго (Jose Maria Diego) з Інституту фізики Кантабрії (Instituto de Física de Cantabria) в Іспанії. «Об’єднання спостережень “Габбла” і “Вебба” дасть нам змогу також дізнатися про мікролінзи в скупченні галактик, які можуть містити екзотичні об’єкти, такі як первісні чорні діри».

Склад Еарендел буде становити великий інтерес для астрономів, бо вона сформувалася до того, як Всесвіт наповнився важкими елементами, виробленими послідовними поколіннями масивних зір. Якщо подальші дослідження виявлять, що Еарендел складається лише з первісного водню та гелію, це буде першим доказом легендарних зір популяції III, які, згідно з гіпотезою, є найпершими зорями, що утворилися після Великого Вибуху. Хоча ймовірність невелика, Велч визнає, що вона все одно приваблива.

«За допомогою “Вебба” ми можемо побачити навіть більш далекі зорі, ніж Еарендел, що було б неймовірно захопливим», — сказав Велч. «Ми подивимося якнайдальше назад. Я б хотів, щоб “Вебб” побив рекорд відстані Еарендел».

За інф. з сайту https://esahubble.org