На прошлой неделе в журнале Nature появилось сообщение о том, что астрономы, возможно, нашли самую далекую из когда-либо наблюдавшихсся галактику. Она же - самая древняя, возникшая в самом начале жизни Вселенной.
Отметим сразу: слово "возможно" употреблено не случайно, сами ученые пока что характеризуют свои результаты как предварительные, дополнительная перепроверка может несколько изменить названные сейчас числа. Которые пока смело можно назвать рекордными показателями: ученые увидели галактику в таком виде, в котором она была всего лишь через 500 млн лет после Большого Взрыва, свет от нее шел к Земле около 13 млрд лет, а сформировалась она через "ничтожные" по космологическим масштабам 100-200 млн лет после возникновения Вселенной.
Чтобы разглядеть столь удаленный объект, пришлось использовать один из лучших астрономических инструментов планеты - космический телескоп Хаббла. Уникальная камера, установленная на телескоп два года назад и обошедшаяся в $125 млн, сделала серию снимков, о которых стоит рассказать отдельно - поскольку программу Hubble Deep Field по праву можно назвать одной из самых сложных задач для специалистов по астрономической фотографии даже если закрыть глаза на стоимость необходимого оборудования.
Телескоп, вращающийся вокруг Земли, навели на небольшой участок неба в созвездии Большой Медведицы и сделали несколько сотен отдельных снимков - после чего процедуру повторили еще дважды, но уже выбрав другие светофильтры, пропускающие иные "оттенки" инфракрасного излучения. Далее было наложение сотен кадров друг на друга, устранение засветки от Земли, борьба с шумами и, наконец, изучение наиболее слабых пятнышек на изображении. Пятнышек, которые невозможно увидеть на снимках даже с лучших наземных обсерваторий, поскольку самое темное ночное небо на фоне далеких галактик будет слишком ярком из-за рассеяния атмосферой света звезд и планет.
На снимках в разных спектральных диапазонах галактики, как и следовало ожидать, получились разной яркости, и в этом даже для неспециалистов нет ничего удивительного: Солнце при взгляде через синее стекло тоже окажется менее ярким, чем в случае выбора желтого светофильтра. А вот то, что по сопоставлению яркости объекта на разных снимках можно определить расстояние - факт уже далеко не столь очевидный: однако именно он лежал в основе работы исследователей. Ученые из Нидерландов, США и Швейцарии использовали эффект Допплера, по которому свет от удаляющихся звезд краснеет ("красное смещение"), а при очень больших скоростях и вовсе превращается в инфракрасное излучение.
Снимки, которые в самом "длинном" диапазоне (ИК-излучение с наибольшей длиной волны) были ярче всех, указали на объекты, которые удаляются быстрее всего: и удаляются не сами по себе, а за счет расширения Вселенной. Чем больше скорость, тем дальше находится небесное тело и тем сильнее проявляет себя эффект Допплера. Так как зависимость красного смещения от скорости известна, а скорость разбегания галактик за счет расширения Вселенной столь же однозначно связана с расстоянием - дело оставалось за малым, подставить имеющиеся данные в готовые формулы и получить информацию о самых первых галактиках.
Которая, кстати, не сводится только к расстоянию и возрасту. Ученым удалось оценить и скорость, с которой росли исследуемые галактики - она, по пока предварительным данным, составляет около 90% от значения, свойственного менее древним звездным скоплениям. Это, как считают авторы открытия, говорит о приближении астрономов к началу времен - отметке около 200-300 млн лет после Большого Взрыва, когда возникали самые первые звезды.
Вопросы и ответы:
· Что было еще раньше?
Хронология событий после Большого Взрыва выглядит так: в первую микросекунду после рождения Вселенной образовались кварки, через секунду из них образовались привычные нам элементарные частицы (протоны), через час из них начали активно образовываться первые атомные ядра, а потом все медленно (по человеческим меркам) остывало. Где-то через несколько сотен тысяч лет уже стали появляться отдельные атомы, а через примерно сотню миллионов началось формирование звезд.
· Откуда ученые это знают?
Для реконструкции Большого Взрыва и последующих событий используются самые разные данные. Расширение Вселенной обнаружили по разбеганию галактик (а его, в свою очередь, помог выявить эффект Допплера), данные о первых секундах и микросекундах получили в ходе экспериментов с ускорителями элементарных частиц и немалую лепту внес анализ реликтового излучения - электромагнитных волн, возникших при остывании Вселенной, своего рода "вспышки" Большого Взрыва.
· А почему астрономы решили, что те слабые пятнышки на фотографиях- это именно далекие галактики? Может просто какая-то галактика поближе, но излучающая в инфракрасном диапазоне? Есть же звезды, которые светят в ИК-диапазоне ярче, чем в видимом!
Такая возможность вполне серьезно рассматривается (наряду с несколькими сугубо техническими объяснениями) и именно потому данные предварительные. Они достаточно убедительны, но ими никто ограничиваться не намерен, будут проводится дополнительные исследования.
· Почему выбрали небо в созвездии Большой Медведицы? Чем плохи другие участки? Или не столь важно, куда смотреть, поскольку Вселенная симметрична?
Выбор был не совсем произволен: хотя, конечно, вряд ли следует ожидать каких-то иных результатов при взгляде на другой участок небесной сферы. Ученых привлек данный район тем, что на него приходится минимальное число близко расположенных звезд - которые бы испортили снимки. Стоя на улице и глядя мимо яркого фонаря смотреть на звезды как минимум неудобно, и точно так же обстоит дело при сопоставлении звезд и самых слабых галактик.