Сколько галактик во Вселенной известно современному человеку? Далекие галактики Самая дальняя планета во вселенной.

Космический орбитальный телескоп "Хаббл" (Hubble Space Telescope) уловил свет самой далёкой, а значит, и самой старой галактики из всех известных науке на сегодняшний день.

Звёздная система имеет кодовое название z8_GND_5296 , массу, эквивалентную 1,3 миллиардам масс Солнца, и располагается она в направлении созвездия Большой Медведицы в 13,1 миллиардах световых лет от нас. В силу удалённости от Земли в оптический телескоп её увидеть было бы невозможно, поэтому для обнаружения излучения учёные использовали приборы, фиксирующие ближний инфракрасный свет.

После получения первичных данных исследователи перепроверили их с помощью телескопов обсерватории Кека (Keck Observatory) и подтвердили расположение галактики.

"Рассмотреть столь далёкие объекты с помощью оптических телескопов невозможно. Для нас они уже невидимы. Всё видимое излучение смещается в ближний инфракрасный диапазон", — поясняет ведущий автор исследования Стивен Финкельштейн (Steven Finkelstein) из Техасского университета в Остине.

Наблюдаемое явление называется эффектом Доплера : объекты, которые удаляются от нас, кажутся красноватыми, а те, что приближается, кажутся синеватыми. Инфракрасное смещение указывает не только на то, что наблюдаемая галактика очень далека от нас, но и .

Как ни странно, звёздная система z8_GND_5296 была единственной из 43 кандидатов в удалённые галактики, у которой отчётливо наблюдались линии водорода , которые необходимы для идентификации космического объекта.

Таким образом, перед учёными встаёт вопрос о ранней истории Вселенной: как быстро свет первых галактик мог перемещаться сквозь облака межгалактического водородного газа без рассеивания?

Чтобы обнаружить свет, проходящий сквозь облака ранней Вселенной, водород должен быть ионизирован. Но парадокс заключается в том, что по стандартным астрофизическим теориям, процессы ионизации были вызваны как раз первым поколением галактик.

"Смотреть на удалённые галактики особенно интересно. Ведь в силу того, что скорость света конечна, мы видим в телескоп тот момент, когда излучение от этих объектов только было испущено. Фактически, мы смотрим сквозь пространство и время на самые ранние этапы существования Вселенной", — говорит соавтор исследования Доминик Ричерс (Dominik Riechers) из Корнельского университета.

В данном случае свет, излучаемый галактикой z8_GND_5296, будет идти до Земли 13,1 миллиарда лет, притом что возраст самой Вселенной составляет чуть менее 13,8 миллиарда лет. Поэтому астрофизики увидели через телескоп Вселенную, когда ей было всего 700 миллионов лет.

Но возраст оказался далеко не единственной отличительной особенностью галактики z8_GND_5296. Как сообщается в пресс-релизе , она производит новые звёзды в поразительном темпе — примерно 330 масс Солнца ежегодно, а это в 100 раз больше скорости звездообразования Млечного Пути.

"В ранней Вселенной звёзды могли рождаться с гораздо большей скоростью, чем мы предполагали", — пишет Финкельштейн в статье об исследовании , опубликованной в журнале Nature.

Помимо этого, Финкельштейн и его коллеги были поражены тем, сколько в этой галактике присутствует кислорода и других "тяжёлых" элементов. Прежде считалось, что такое количество элементов, которые тяжелее водорода и гелия, просто не успело бы образоваться в столь короткие сроки.

Логическое объяснение феномену исследователи нашли в результате анализа данных, полученных телескопом NASA Spitzer . Галактика z8_GND_5296, скорее всего, содержит следы взрывов гигантских звёзд, в ядрах которых уже успели синтезироваться тяжёлые элементы. Эти звёзды, по всей вероятности, были первыми в галактике, и .

"Интересно, что львиная доля тяжёлых элементов образовались на столь ранних этапах существования времён", — удивляется Финкельштейн.

Отметим, что до открытия галактики z8_GND_5296 самой старой звёздной системой считалась та, что сформировалась спустя 740 миллионов лет после Большого взрыва. Причина, по которой самая далёкая галактика Вселенной ранее не была обнаружена, заключается в том, что на пути к ней взорвалась массивная звезда и затмила "старушку" своим светом.

Впрочем, на достигнутом учёные . Но, чтобы заглянуть в ещё более далёкие времена, им придётся заменить телескоп "Хаббл" на что-то более мощное. Отличной альтернативой станет космический телескоп имени Джеймса Вебба (James Webb Space Telescope), запуск которого запланирован на 2018 год.

На границе галактики

Самые далёкие космические объекты расположены так далеко от Земли, что даже световые годы являются смехотворно малым мерилом их удалённости. Например, самоё близкое к нам космическое тело – Луна расположено всего в 1,28 световых секунды от нас. Как же представить себе расстояния, которые световой испульс не в силах преодолеть за сотни тысяч лет? Существует мнение, что измерять такое колоссальное пространство классическими величинами некорректно, с другой стороны других у нас нет.

Самая далёкая звезда нашей Галактики расположена в направлении созвездия Весов и удалена от Земли на расстояние, которое может преодолеть свет за 400 тыс. лет. Ясно, что эта звезда находится у пограничной черты, в так называемой зоне галактического гало. Ведь расстояние до этой звезды примерно в 4 раза превышает диаметр воображаемых просторов нашей Галактики. (Диаметр Млечного Пути оценивается примерно в 100 тыс. световых лет.)

За пределами галактики

Удивительно, что самую далекую, довольно-таки яркую звезду открыли только в наше время, хотя ее наблюдали и ранее. По непонятным соображениям астрономы не обратили особого внимания на слабо светящееся пятнышко на звездном небосклоне и различающееся на фотопластинке. Что же получается? Люди видят звезду в течение четверти века и... не замечают ее. Совсем недавно американскими астрономами из обсерватории имени Лоуэлла была открыта еще одна из наиболее отдаленных звезд в периферийных пределах нашей Галактики.

Эту звезду, уже потускневшую от «старости», можно поискать на небосклоне в расположении созвездия Девы, на расстоянии примерно 160 тыс. световых лет. Подобные открытия в темных (в прямом и переносном смысле слова) участках Млечного Пути позволяют внести важные корректировки при определении истинных значений массы и размеров нашей звездной системы в сторону их значительного увеличения.

Однако, даже самые далёкие звёзды в нашей галактике расположены относительно близко. Самые далёкие из известных науке квазаров расположены более чем в 30 раз дальше.

Кваза́р (англ. quasar - сокращение от QUASi stellAR radio source - «квазизвёздный радиоисточник») представляет собой класс внегалактических объектов, отличающихся очень высокой светимостью и настолько малым угловым размером, что в течение нескольких лет после открытия их не удавалось отличить от «точечных источников» - звёзд.

Не так давно американские астрономы обнаружили три квазара, относящиеся к числу самых "старых" известных науке объектов во Вселенной. Их удаленность от нашей планеты составляет более 13 миллиардов световых лет. Расстояния до далеких космических образований определяются с помощью так называемого "красного смещения" – сдвига в спектре излучения быстро движущихся объектов. Чем дальше они находятся от Земли, тем быстрее, в соответствии с современными космологическими теориями, они удаляются от нашей планеты. Предыдущий рекорд дальности был зафиксирован в 2001 году. Красное смещение обнаруженного тогда квазара оценивалось величиной 6.28. Нынешняя троица имеет смещения 6.4, 6.2 и 6.1.

Темное прошлое

Открытые квазары всего на 5 процентов "моложе" Вселенной. Что было до них, сразу после Большого Взрыва – зафиксировать сложно: водород, образовавшийся через 300 000 лет после взрыва, блокирует излучение самых ранних космических объектов. Только рост числа звезд и последовавшая ионизация водородных облаков позволяет разорвать завесу над нашим "темным прошлым".

Для получения и проверки подобной информации требуется совместная работа нескольких мощных телескопов. Ключевая роль в этом деле принадлежит космическому телескопу Хаббл и цифровому телескопу Слоан, расположенному в обсерватории Нью-Мексико.

Астрономы из Техасского университета A&M и Техасского университета в Остине обнаружили самую далёкую из известных нам галактик. Согласно данным спектрографии, она находится на расстоянии примерно 30 млрд световых лет от Солнечной системы (или от нашей Галактики, что в данном случае не столь существенно, потому что диаметр Млечного пути - всего лишь 100 тыс. световых лет).

Самый дальний объект во Вселенной получил романтичное название z8_GND_5296.

«Восхитительно знать, что мы - первые люди в мире, кто увидел его, - сказал доктор наук Вител Тилви (Vithal Tilvi), соавтор научной работы, которая сейчас опубликована в онлайне (для бесплатного просмотра научных работ используйте сайт sci-hub.org).

Обнаруженная галактика z8_GND_5296 сформировалась через 700 млн лет после Большого взрыва. Собственно, в таком состоянии мы и видим её сейчас, потому что свет от новорожденной галактики только сейчас дошёл до нас, пройдя расстояние в 13,1 млрд световых лет. Но поскольку в процессе этого Вселенная расширялась, то на данную минуту, как показывают расчёты, расстояние между нашими галактиками составляет 30 млрд световых лет.

В новорожденных галактиках интересно то, что там идёт активный процесс формирования новых звёзд. Если в нашем Млечном пути появляется по одной новой звезде в год, то в z8_GND_5296 - примерно по 300 в год. То, что происходило 13,1 млрд лет назад, мы можем спокойно сейчас наблюдать в телескопы.

Возраст далёких галактик можно определить по космологическому красному смещению, вызванному в том числе эффектом Доплера. Чем быстрее удаляется объект от наблюдателя, тем сильнее проявляется эффект Доплера. Галактика z8_GND_5296 показала красное смещение 7,51. Около сотни галактик обладают красным смещением больше 7, то есть они сформировались до того, как Вселенной исполнилось 770 млн лет, и предыдущим рекордом было 7,215. Но лишь у нескольких галактик расстояние подтверждено по данным спектрографии, то есть по спектральной линии Лайман альфа (о ней ниже).

Радиус Вселенной составляет как минимум 39 млрд световых лет. Казалось бы, это противоречит возрасту Вселенной в 13,8 млрд лет, но противоречия нет, если учесть расширение самой ткани пространства-времени: для этого физического процесса не существует ограничения по скорости.

Учёным не совсем понятно, почему не удаётся наблюдать другие галактики возрастом до 1 млрд лет. Удалённые галактики наблюдают по чёткому проявлению спектральной линии L α (Лайман альфа), которая соответствует переходу электрона со второго энергетического уровня на первый. Почему-то у галактик младше 1 млрд лет линия Лайман альфа проявляется всё слабее. Одна из теорий состоит в том, что как раз в то время происходил переход Вселенной из непрозрачного состояния с нейтральным водородом в полупрозрачное состояние с ионизированным водородом. Мы просто не можем увидеть галактики, которые скрыты в «тумане» из нейтрального водорода.

Как же z8_GND_5296 смогла пробиться через туман нейтрального водорода? Учёные предполагают, что она ионизировала ближайшие окрестности, так что протоны смогли прорваться. Таким образом, z8_GND_5296 - самая первая из известных нам галактик, которая вышла из непрозрачного месива нейтрального водорода, наполнявшего Вселенную в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва.

Галактиками называют гравитационно-связанные системы из звёзд, межзвёздного газа, пыли, и тёмной материи. Диаметр галактик составляет от 5 до 250 килопарсек. Это много.

Например, диаметр нашей Галактики составляет 30 килопарсек – свет из одного её края в другой будет лететь целых 100 тысяч лет. А еще в ней, как минимум, 200 миллиардов звёзд…

1. Спиральная галактика NGC 4639 с перемычкой в созвездии Дева. Находится на расстоянии более 70 миллионов световых лет от Земли. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

2. Туманность Вуаль — огромный и относительно тусклый остаток сверхновой. Звезда взорвалась примерно 5000-8000 лет назад, и за это время туманность покрыла на небе область в 3 градуса. Расстояние до неё оценивается в 1 400 световых лет. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

3. Более пятой части Вселенной скрыто от нашего взгляда пылью и звездами из диска нашей галактики. Множество галактик находятся в «зоне избегания», в области пространства, которое, как правило, недоступно для телескопов. Вот так они могут выглядеть, согласно воображению художников. (Фото Reuters | ICRAR):

4. Центавр А - одна из самых ярких и близких к нам соседних галактик, нас разделяет всего 12 миллионов световых лет. По яркости галактика занимает пятое место (после Магеллановых Облаков, туманности Андромеды и галактики Треугольника). (Фото Reuters | NASA):

5. Спиральная галактика с перемычкой M83, также известная как Южная Вертушка. Находится на расстоянии приблизительно 15 миллионов световых лет от нас. В 2014 году астрономы обнаружили MQ1, которая сама по себе лёгкая, но с большой интенсивностью поглощает окружающую материю. (Фото Reuters | NASA):

6. Галактика М 106 в созвездии Гончие Псы. В ядре расположена сверхмассивная черная дыра массой 36 миллионов солнечных масс в пределах 40 000 астрономических единиц. (Фото Reuters | NASA):

7. Часть туманности Тарантул, расположенной в Большом Магеллановом Облаке. Огромные звёзды туманности являются мощными источниками излучения, которое выдувает из межзвёздного газа и пыли гигантские пузыри. Некоторые из звёзд взорвались сверхновыми, в результате чего пузыри были подсвечены рентгеновским излучением. (Фото Reuters | NASA):

8. Спиральная галактика NGC 1433 с перемычкой в созвездии Часы, находящаяся на расстоянии около 32 миллионов световых лет от Земли. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

9. Галактика NGC 1566, находящаяся на расстоянии около 40 миллионов световых лет от Земли в созвездии Золотой Рыбы. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

10. Рентгеновские лучи молодой сверхновой в галактике M83. (Фото Reuters | NASA):

11. Спиральная галактика М94 в созвездии Гончих Псов. Галактика примечательна тем, что обладает двумя мощными кольцеобразными структурами. (Фото Reuters | NASA | ESA):

12. Спиральная галактика NGC 4945 с перемычкой в созвездии Центавр. Она достаточно похожа на нашу Галактику, однако рентгеновские наблюдения показывают наличие сейфертовского ядра, вероятно, содержащего активную сверхмассивную чёрную дыру. (Фото Reuters | NASA):

13. z8 GND 5296 - галактика, обнаруженная в октябре 2013 года в созвездии Большой Медведицы. По предварительным оценкам, свет от этой галактики достигает Земли приблизительно за 13 миллиардов лет. Это не снимок, а художественное изображение. (Фото Reuters | NASA | Hubble):

14. Отражательная туманность Голова Ведьмы (IC 2118) в созвездии Эридана. Эта отражательная туманность весьма своеобразной формы связана с яркой звездой Ригель в созвездии Ориона. Туманность находится на расстоянии около 1000 световых лет от Солнца. (Фото Reuters | NASA):

15. Галактика Подсолнух в созвездии Гончие Псы. Находится на расстоянии 27 миллионов световых лет. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

16. Ядро спиральной галактики М 61 в созвездии Дева. И всего-то в 100 000 световых лет от нас. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

17. Спиральная галактика Фейерверк NGC 6946 с перемычкой, которая находится на расстоянии 22 миллиона световых лет в созвездии Лебедь, на границе с Цефеем. (Фото Reuters | NASA):

18. Облако горячего газа, температурой в много миллионов градусов. Появилось, скорее всего, в результате столкновения карликовой галактики и гораздо большей галактики NGC 1232, находящейся в созвездии Эридан. (Фото Reuters | NASA):

19. Галактика NGC 524 в созвездии Рыбы. От нас свет туда будет лететь 90 миллионов лет. (Фото Reuters | NASA | ESA | Hubble):

20. Крабовидная туманность - газообразная туманность в созвездии Тельца, являющаяся остатком сверхновой. Расположенная на расстоянии около 6500 световых лет (2 кпк) от Земли, туманность имеет диаметр в 11 световых лет (3,4 пк) и расширяется со скоростью около 1 500 километров в секунду. В центре туманности находится пульсар (нейтронная звезда), 28-30 км в диаметре. (Фото Reuters | NASA | ESA):