Най-отдалеченият обект във Вселената. Открита е най-отдалечената галактика във Вселената

Науката

Новооткрит небесен обектсе състезава за титлата най-отдалечен от нас наблюдаем космически обект във Вселената, съобщиха астрономи. Този обект е галактика MACS0647-JD, който се намира на 13,3 милиарда светлинни години от Земята.

Смята се, че самата Вселена е на 13,7 милиарда години, така че светлината, която виждаме от тази галактика днес, е от самото начало на Космоса.

Учените наблюдават обекта с помощта на космически телескопи на НАСА "Хъбъл"И "Шпицер", и тези наблюдения са станали възможни с помощта на естествена космическа „увеличителна леща“. Тази леща всъщност е огромен куп от галактики, чиято комбинирана гравитация изкривява пространство-времето, произвеждайки това, което се нарича гравитационна леща. Когато светлината от далечна галактика преминава през такава леща по пътя си към Земята, тя се усилва.

Ето как изглежда една гравитационна леща:

„Такива лещи могат да увеличат светлината на даден обект толкова много, че никой телескоп, направен от хора, не може да го направи.“, - говори Марк пощальон, астроном в Научния институт за космически телескопи в Балтимор. - Без такова увеличение са необходими херкулесови усилия, за да се види толкова далечна галактика."

Новата далечна галактика е много малка, много по-малка от нашия Млечен път- казаха учените. Този обект, съдейки по достигналата до нас светлина, е много млад, той дойде при нас от епоха, когато самата Вселена е била на много ранен етап от своето развитие. Той е бил само на 420 милиона години, което е 3 процента от съвременната му възраст.

Малката галактика е широка само 600 светлинни години, но както знаете, Млечният път е много по-голям - 150 хиляди светлинни години. Астрономите смятат, че галактиката MACS0647-JD в крайна сметка се е сляла с други малки галактики, за да образува по-голяма.

Космическо сливане на галактики

„Този ​​обект може да е един от многото градивни елементи на някоя по-голяма галактика,- казват изследователите. – През следващите 13 милиарда години тя може да е претърпяла десетки, стотици или дори хиляди сливания с други галактики или техни фрагменти."

Астрономите продължават да наблюдават още по-отдалечени обекти, докато техните техники за наблюдение и инструменти се подобряват. Предишният обект, носещ титлата на най-далечната наблюдавана галактика, беше галактиката SXDF-NB1006-2, която се намира на 12,91 милиарда светлинни години от Земята. Този обект е видян с помощта на телескопи "субару"И "Кек"в Хавай.

Изучаването на най-отдалечените галактики може да ни покаже обекти на милиарди светлинни години, но дори и с перфектна технология, пространствената празнина между най-отдалечената галактика и Голям взривще остане огромно.

Гледайки във Вселената, ние виждаме светлина навсякъде, на всички разстояния, които нашите телескопи могат да видят. Но в един момент ще се натъкнем на ограничения. Една от тях е наложена от космическата структура, която се формира във Вселената: можем да видим само звезди, галактики и т.н., само ако те излъчват светлина. Без това нашите телескопи не могат да видят нищо. Друго ограничение при използването на форми на астрономия, различни от светлината, е ограничението за това каква част от Вселената е била достъпна за нас след Големия взрив. Тези две величини може да не са свързани помежду си и именно по тази тема нашият читател ни задава въпрос:

Защо червеното отместване на CMB е от порядъка на 1000, въпреки че най-голямото червено отместване на всяка галактика, което сме виждали, е 11?

Първо трябва да разберем какво се случва в нашата Вселена след Големия взрив.



Наблюдаваната Вселена може да се простира на 46 милиарда светлинни години във всички посоки от наша гледна точка, но със сигурност има други части от нея, които са ненаблюдаеми за нас, а може би дори са безкрайни.

Целият набор от това, което знаем, виждаме, наблюдаваме и с което взаимодействаме, се нарича „наблюдаема вселена“. Вероятно има още повече региони на Вселената отвъд нея и с течение на времето ще можем да виждаме все повече и повече от тези региони, тъй като светлината от далечни обекти най-накрая достига до нас след пътуване в космосав милиарди години. Можем да видим това, което виждаме (и повече, не по-малко) поради комбинация от три фактора:

• Изминало е ограничено време от Големия взрив, 13,8 милиарда години.


• Скоростта на светлината максимална скоростза всеки сигнал или частица, движеща се през Вселената, тя е крайна и постоянна.


• Самата тъкан на космоса се разтяга и разширява след Големия взрив.

Хронология на историята на наблюдаваната вселена

Това, което виждаме днес, е резултат от тези три фактора, заедно с първоначалното разпределение на материята и енергията, действащи според законите на физиката през цялата история на Вселената. Ако искаме да знаем каква е била Вселената в някакъв ранен момент, просто трябва да наблюдаваме каква е днес, да измерим всички свързани параметри и да изчислим каква е била в миналото. За да направим това, ще ни трябват много наблюдения и измервания, но уравненията на Айнщайн, макар и толкова трудни, са поне недвусмислени. Получените резултати водят до две уравнения, известни като уравненията на Фридман, и всеки студент по космология е изправен пред задачата да ги реши директно. Но, честно казано, успяхме да направим някои удивителни измервания на параметрите на Вселената.

Гледайки в посоката Северен полюсГалактики от Млечния път, можем да надникнем в дълбините на космоса. Това изображение съдържа стотици хиляди галактики и всеки пиксел е различна галактика.

Знаем колко бързо се разширява днес. Ние знаем каква е плътността на материята в която и посока да погледнем. Ние знаем колко много структури се образуват във всички мащаби, от кълбовидни купове до галактики джуджета, от големи галактики до галактически групи, купове и широкомащабни нишковидни структури. Знаем колко нормална материя, тъмна материя, тъмна енергия, както и по-малки компоненти като неутрино, радиация и дори черни дупки има във Вселената. И само от тази информация, екстраполирайки назад във времето, можем да изчислим както размера на Вселената, така и скоростта на нейното разширяване във всеки момент от нейната космическа история.

Логаритмична графика на размера на наблюдаваната Вселена спрямо възрастта

Днес нашата наблюдаема Вселена се простира на приблизително 46,1 милиарда светлинни години във всички посоки от наша гледна точка. На това разстояние е началната точка на въображаема частица, която е тръгнала в момента на Големия взрив и, движейки се със скоростта на светлината, ще стигне до нас днес, 13,8 милиарда години по-късно. По принцип на това разстояние са генерирани всички гравитационни вълни, останали от космическата инфлация - състоянието, което предхожда Големия взрив, създава Вселената и осигурява всички първоначални условия.

Гравитационни вълни, създаден от космическата инфлация - това е най-старият сигнал от всички, които човечеството по принцип би могло да открие. Те са родени в края на космическата инфлация и в самото начало на горещия Голям взрив.

Но има и други сигнали, останали във Вселената. Когато беше на 380 000 години, остатъчната радиация от Големия взрив спря да се разпръсква от свободни заредени частици, когато образуваха неутрални атоми. И тези фотони, след образуването на атоми, продължават да се изместват в червено заедно с разширяването на Вселената и могат да се видят днес с помощта на микровълнова печка или радио антена/телескоп. Но поради бързата скорост на разширяване на Вселената в ранните етапи, „повърхността“, която ни „свети“ с тази остатъчна светлина – космическият микровълнов фон – е само на 45,2 милиарда светлинни години. Разстоянието от началото на Вселената до мястото, където е била Вселената след 380 000 години е равно на 900 милиона светлинни години!

Студените флуктуации (сини) в CMB не са по-студени сами по себе си, а просто представляват зони с повишено гравитационно привличане поради увеличената плътност на материята. Горещите (червени) региони са по-горещи, защото радиацията в тези региони живее в по-плитък гравитационен кладенец. С течение на времето има по-голяма вероятност регионите с по-голяма плътност да прераснат в звезди, галактики и клъстери, докато регионите с по-малка плътност е по-малко вероятно да го направят.

Ще мине много време, преди да открием най-далечната галактика във Вселената, която сме открили. Въпреки че симулациите и изчисленията показват, че първите звезди може да са се образували 50-100 милиона години след началото на Вселената, а първите галактики след 200 милиона години, все още не сме погледнали толкова далеч назад (въпреки че има надежда, че след пуснете през следващата година космическия телескоп Джеймс Уеб, можем да го направим!). Днес космическият рекорд се държи от галактиката, показана по-долу, която е съществувала, когато Вселената е била на 400 милиона години - това е само 3% от настоящата й възраст. Въпреки това, тази галактика, GN-z11, се намира само на 32 милиарда светлинни години: това е около 14 милиарда светлинни години от „ръба“ на наблюдаваната Вселена.

Най-далечната открита галактика: GN-z11, снимка от наблюдението на GOODS-N, извършено от телескопа Хъбъл.

Причината за това е, че в началото скоростта на разширяване спадна много бързо с течение на времето. По времето, когато галактиката Gz-11 е съществувала така, както я виждаме, Вселената се е разширявала 20 пъти по-бързо, отколкото е днес. Когато CMB беше излъчен, Вселената се разширяваше 20 000 пъти по-бързо, отколкото днес. По времето на Големия взрив, доколкото ни е известно, Вселената се е разширявала 10 36 пъти по-бързо, или 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 пъти по-бързо, отколкото е днес. С течение на времето скоростта на разширяване на Вселената е намаляла значително.

И това е много добре за нас! Балансът между първичната скорост на разширение и общото количество енергия във Вселената във всичките й форми се поддържа идеално, до грешката на нашите наблюдения. Ако е имало дори малко повече материя или радиация във вселената в началото, тя щеше да се срине преди милиарди години и ние нямаше да съществуваме. Ако вселената е имала твърде малко материя или радиация в началото, тя ще се разшири толкова бързо, че частиците няма да могат да се срещнат една с друга, за да образуват дори атоми, да не говорим за по-сложни структури като галактики, звезди, планети и хора. Космическата история, която Вселената ни разказва, е история за екстремния баланс, благодарение на който съществуваме.

Сложният баланс между скоростта на разширяване и общата плътност на Вселената е толкова деликатен, че дори отклонение от 0,00000000001% в двете посоки би направило Вселената напълно необитаема за живот, звезди или дори планети във всеки един момент.

Ако най-доброто ни е истина съвременни теории, тогава първите реални галактики би трябвало да са се образували на възраст от 120 до 210 милиона години. Това съответства на разстояние от нас до тях от 35-37 милиарда светлинни години и разстояние от най-отдалечената галактика до края на наблюдаваната Вселена от 9-11 милиарда светлинни години днес. Това е изключително далеч и говори едно невероятен факт: Вселената се е разширявала изключително бързо в ранните етапи, а днес се разширява много по-бавно. 1% от възрастта на Вселената е отговорен за 20% от нейното общо разширение!

Историята на Вселената е пълна с фантастични събития, но след края на инфлацията и настъпването на Големия взрив, скоростта на разширяване е спаднала бързо и се забавя, тъй като плътността продължава да намалява.

Разширяването на Вселената разтяга дължината на вълната на светлината (и е отговорно за червеното отместване, което виждаме), а голямата скорост на това разширение е отговорна за голямото разстояние между микровълновия фон и най-отдалечената галактика. Но размерът на Вселената днес разкрива нещо друго удивително: невероятни ефекти, настъпили с течение на времето. С течение на времето Вселената ще продължи да се разширява все повече и повече и докато достигне десет пъти възрастта си днес, разстоянията ще са се увеличили толкова много, че вече няма да можем да видим никакви галактики, освен членовете на нашата локална група, дори с телескоп, еквивалентен на Хъбъл. Насладете се на всичко, което се вижда днес, на голямото разнообразие на това, което присъства във всички космически мащаби. Няма да продължи вечно!

Орбиталният телескоп Хъбъл, изстрелян през 1990 г., се превърна в основния инструмент на земляните, разширявайки видимите граници на Вселената. Заглавията „астрономи откриха най-далечната галактика“ станаха познати на медиите и научни публикации, защото наистина е възможно поне всеки ден да намирате най-отдалечения обект. Може да изглежда, че подобни открития не водят до качествен пробив: колкото по-мощен бинокъл изнасяме извън града, толкова по-далеч виждаме.

Тази аналогия обаче не е съвсем подходяща тук. Взимайки по-мощен бинокъл, ние продължаваме да виждаме по същество същите обекти - полета, реки, гори, сгради. Всичко това расте, движи се, стои и не пада според отдавна познатите ни закони.

Видимият днес „ръб“ съдържа обекти, които излъчват светлина само стотици милиони години след Големия взрив. По това време Вселената едва започваше да се оформя. Ето защо, когато откриваме най-отдалечените галактики, ние се опитваме да разберем не "какво следва?", а "как започна всичко?"

Червено преместване

Линия на ВселенатаЧервеното отместване е съотношението на величината на изместване на спектралната линия към страната на по-дългата дължина на вълната към дължината на вълната в лабораторната референтна рамка.

За обекти, които излъчват светлина в зората на Вселената, това изместване е няколко пъти по-голямо от самата дължина на вълната

Вселената непрекъснато се разширява и колкото по-далеч се наблюдава един обект в голям мащаб, толкова по-бързо той се отдалечава от нас. Следователно най-удобната мярка за разстояние е оценката на зачервяването на обект, причинено от ефекта на Доплер. Най-отдалечената галактика доскоро отговаряше на червено отместване от z=8,6. Тя е родена 600 милиона години след Големия взрив.

Периодът от 150 до 800 милиона години след Големия взрив се отнася до така наречения период на рейонизация, когато първите звезди и галактики йонизираха междугалактическия газ.

В статия, публикувана в списанието Nature, астрономите, ръководени от Ричард Боуенс от университета в Лайден, съобщават за откриването на още по-далечна галактика с червено отместване от около 10. Галактиката UDFj-39546284 беше забелязана през 2009 г., само три месеца след телескопа Хъбъл Поставена е широкоъгълна камера UDFj-39546284. Слабото петно, което се вижда в дълбокото небе, не е нищо повече от компактна галактика, състояща се от млади сини звезди. Светлината, която виждаме от него, се излъчва само 480 милиона години след Големия взрив.

„Тези наблюдения ни дават най-добрия поглед към най-ранните обекти, които са били открити“, обясни Ричард Боуенс.

Детска стая на Вселената

Галактиката, чиято светлина достигна до нас, е твърде малка и млада, за да има спираловидна форма или други характеристики. Учените са установили, че галактиката е била обитавана от звезди на възраст 100-200 милиона години. Те са образувани от газ, събран около съсиреци от мистериозен тъмна материя.

Според изследователите по време на наблюдаваната ера младата Вселена е преживявала своеобразен бейби бум: в периода от 480 до 650 милиона години след Големия взрив броят на звездите се е увеличил с един порядък. „Неистовата скорост, с която се раждат звездите, ни казва, че ако погледнем малко по-назад, ще видим много по-драматични промени, настъпили по време на формирането на първите галактики“, каза Гарт Илингуърт от Калифорнийския университет в Санта Круз.

Отвъд ръба на ръба

След като преминаха границата z=10, астрономите се приближиха до „ръба на ръба“. Първите 500 милиона години (при z от 1000 до 10) след Големия взрив остават бяло петно ​​в приетия днес йерархичен модел на образуване на галактики - от звездни купове до елиптични и спирални галактики. Галактика UDFj-39546284 е открита в най-далечните инфрачервени дължини на вълните, видими от телескопа Хъбъл. Учените се надяват да надникнат по-далеч в много ранните години на Вселената с помощта на телескопа James Webb.

Използвайки данни от орбиталния телескоп Хъбъл, астрономите откриха най-отдалечения обект в нашата Вселена - галактика, разположена на 13,2 милиарда светлинни години от Земята.

„Ние се върнахме назад във времето, стигнахме много близо до първите галактики, които смятаме, че са се образували около 200-300 милиона години след Големия взрив“, цитира РИА Новости един от авторите на работата Гарт Илингуърт. Уникалният обект се оказа UDFj-39546284 - рекордно голяма далечна галактика, която се отличаваше с относително ниска скорост на звездообразуване. Сравнението на данни за нея с информация за други относително по-близки и „по-стари“ галактики показа, че скоростта на образуване на звезди в галактиките се е увеличила десетократно само за 170 милиона години.

„Това е удивителен растеж за период, който е само 1% от настоящата възраст на Вселената“, казва Илингуърт. Според учените тези данни са в съответствие с йерархичната картина на формирането на галактиките, при която галактиките растат и се сливат под въздействието на гравитацията на тъмната материя. Откритата от учените галактика е много по-малка и по-лека от съвременните спирални галактики. И така, нашата Галактика е около 100 пъти по-масивна.

Търсенето на все по-отдалечени космически обекти помага на астрономите да надникнат в далечното минало на Вселената. Тъй като скоростта на светлината е ограничена, ние виждаме далечни галактики такива, каквито са били в далечното минало. Астрономите наблюдават галактиката UDFj-39546284 такава, каквато е била, когато възрастта на Вселената е била само 480 милиона години.

Основният показател за разстоянието до далечните галактики е червеното изместване - изместване на линиите в спектъра поради ефекта на Доплер. Колкото по-голямо е червеното отместване, толкова по-далеч е космическият обект, тъй като с разстоянието, според закона на Хъбъл, скоростта на бягство на галактиките се увеличава. Според авторите на откритието на най-далечната галактика нейното червено отместване може да бъде 10,3. Тези данни обаче не са окончателни, тъй като модерен етапразвитието на астрономията, точното измерване на червеното отместване е изключително трудна задача. „Докато червеното отместване не бъде измерено с помощта на спектроскопски методи, то остава само кандидат, макар и добър кандидат“, коментира откритието астрофизикът Сергей Попов от Астрономическия институт Стърнберг.

Ако червеното отместване на откритата галактика наистина се окаже в района на 9 - 10, тогава обектът ще бъде признат за най-древния във Вселената. Междувременно тази титла беше държана от галактиката UDFy-38135539, разположена на 13 милиарда светлинни години от Земята. Открит е през октомври 2010 г. от астрономи от Европейската южна обсерватория (ESO). Червеното отместване на тази галактика се оказа 8,5549 и ние я виждаме такава, каквато е била преди приблизително 600 милиона години.