Astronomai ką tik nustatė tolimiausią kada nors atrastą galaktiką

Ankstyvojoje Visatoje švytintis raudonas objektas buvo identifikuotas kaip tolimiausia iki šiol atrasta galaktika.

Astronomai atskleidė, kad tai galaktika, egzistavusi praėjus vos 330 mln. metų po Didžiojo sprogimo.

Dėl Visatos plėtimosi ištempta jos silpna šviesa turėjo nukeliauti 13,5 mlrd. šviesmečių, kad pasiektų mus, čia, Žemėje.

Atradėjai galaktiką pavadino HD1 ir ji yra tam tikra paslaptis. Mokslininkai nėra visiškai tikri, kokia tai galaktika: ar tai žvaigždėdaros galaktika, kurioje teigiamai verda žvaigždžių formavimasis, ar kvazaras, kurio centre yra masyvi, aktyvi supermasyvi juodoji skylė.

Jei tai pastaroji, juodosios skylės išaugimas iki supermasyvaus dydžio taip greitai po to, kai Visata pradėjo egzistuoti, yra iššūkis juodųjų skylių formavimosi ir evoliucijos modeliams.

"Atsakyti į klausimus apie taip toli esančio šaltinio prigimtį gali būti sudėtinga, - sako Harvardo ir Smithsono astrofizikos centro astrofizikas Fabio Pacucci.

"Tai tarsi spėlioti laivo tautybę iš vėliavos, su kuria jis plaukioja, būnant toli nuo kranto, kai laivas yra vidury audros ir tiršto rūko. Galbūt galima įžvelgti kai kurias vėliavos spalvas ir formas, bet ne visas. Galiausiai tai ilgas analizės ir neįtikėtinų scenarijų atmetimo žaidimas."

Aptikti ankstyvosios Visatos objektus yra nepaprastai sunku. Net kvazarai, ryškiausi viso kosmoso objektai, yra pritemdyti didžiulėje erdvėlaikio erdvėje tiek, kad galingiausi mūsų teleskopai sunkiai fiksuoja jų šviesą.

HD1 buvo atrastas atliekant tyrimą, kurio rezultatai išsamiai aprašyti straipsnyje, priimtame publikuoti žurnale "The Astrophysical Journal" ir paskelbtame arXiv.

HD1 ir antrosios galaktikos, pavadintos HD2, kuri yra beveik taip pat toli, analizė buvo priimta į Karališkosios astronomijos draugijos mėnesinius pranešimus, taip pat paskelbta arXiv.

Tyrime buvo naudojami keturi galingi optiniai ir infraraudonųjų spindulių teleskopai: Subaru teleskopas, VISTA teleskopas, Jungtinės Karalystės infraraudonųjų spindulių teleskopas ir Spitzerio kosminis teleskopas. Visi šie teleskopai stebėjo daugiau nei 1200 valandų, žvelgdami į Kosminę aušrą ir ieškodami šviesos ankstyvojoje Visatoje.

"Buvo labai sunku rasti HD1 iš daugiau nei 700 000 objektų, - sako Tokijo universiteto (Japonija) astronomas Juičis Harikanė (Yuichi Harikane).

"HD1 raudona spalva stebėtinai gerai atitiko tikėtinas už 13,5 mlrd. šviesmečių esančios galaktikos charakteristikas, todėl ją suradus mane šiek tiek pagavo šiurpas."

Raudona spalva vadinama raudonuoju poslinkiu, kuris atsiranda, kai šviesos šaltinis nuo mūsų tolsta. Dėl to iš to šaltinio sklindančios šviesos bangos ilgis padidėja į raudonąją elektromagnetinio spektro dalį, todėl tai vadinama raudonuoju poslinkiu.

Kadangi Visata plečiasi, kitos galaktikos atrodo raudonai pasislinkusios; kuo didesnis atstumas erdvėlaikyje, tuo didesnis raudonasis poslinkis. Šis efektas leidžia astronomams apskaičiuoti, kokį atstumą šviesa nukeliavo, kad mus pasiektų.

Tačiau HD1 šviesa yra klaidinanti. Ji itin ryški ultravioletiniuose bangų ilgiuose, o tai rodo, kad galaktikoje vyko labai energingas procesas. Iš pradžių tyrėjai manė, kad tai įprastas žvaigždžių spiečių aktyvumas - kol apskaičiavo, kiek žvaigždžių turėtų susiformuoti, kad susidarytų tiek daug šviesos.

Skaičius buvo neįtikėtinai didelis - daugiau nei 100 žvaigždžių per metus. Tai 10 kartų daugiau, nei tikėtasi ankstyvosios Visatos galaktikai. Tačiau šią įtampą būtų galima išspręsti, jei gimstančios žvaigždės būtų kitokios nei tos, kurias matome gimstančias šiandien.

"Pati pirmoji Visatoje susiformavusi žvaigždžių populiacija buvo masyvesnė, šviesesnė ir karštesnė nei šiuolaikinės žvaigždės, - sako Pacucci.

"Jei darytume prielaidą, kad HD1 susidariusios žvaigždės yra šios pirmosios, arba III populiacijos, žvaigždės, tuomet jos savybes būtų galima lengviau paaiškinti. Iš tikrųjų III populiacijos žvaigždės gali skleisti daugiau ultravioletinės šviesos nei įprastos žvaigždės, o tai galėtų paaiškinti itin didelį HD1 ultravioletinį švytėjimą."

Kitas variantas - jei galaktika būtų kvazaras. Tai sutrumpintas terminas, reiškiantis "kvazižvaigždinius radijo šaltinius" - neįtikėtinai ryškius aktyvaus galaktikos branduolio, kuriame supermasyvi juodoji skylė ryja medžiagą tokiu greičiu, kad karštis sukelia šviesos pliūpsnius visoje Visatoje, rezultatus.

Komanda apskaičiavo, kad supermasyvi juodoji skylė galėtų skleisti stebimą šviesą, jos masė turėtų būti maždaug 100 milijonų kartų didesnė už Saulės masę.

Pirmosios visatos žvaigždės, kaip jas matė dailininkas. Credit: N.R.Fuller, National Science Foundation

Toks dydis yra rimtas iššūkis supermasyvių juodųjų skylių augimo modeliams. Tai labai čionykštė, labai ankstyva Visatos dalis.

"HD1 juodoji skylė, susiformavusi praėjus keliems šimtams milijonų metų po Didžiojo sprogimo, turėjo neregėtu greičiu išaugti iš masyvios sėklos", - sako astrofizikas Avi Loebas (Avi Loeb) iš Harvardo ir Smitsono astrofizikos centro.

"Ir vėl pasirodo, kad gamta yra išradingesnė už mus."

Komanda tikisi, kad būsimi stebėjimai Džeimso Vebso kosminiu teleskopu, kuris yra optimizuotas žvalgytis į ankstyvąją Visatą, atskleis šios paslaptingos aušros šviesos prigimtį.

Tyrimai buvo įtraukti į žurnalus "The Astrophysical Journal" ir "Monthly Notices of the Royal Astronomical Society". Straipsnius galima rasti arXiv čia ir čia.