В январе 2024 года прибор NIRSpec в составе космической обсерватории им. Джеймса Уэбба (JWST) наблюдал за галактикой JADES-GS-z14-0 почти десять часов. Когда спектр был впервые обработан, появились доказательства того, что галактика действительно находится на красном смещении 14,32, что побило предыдущий рекорд самой удаленной от нас галактики в пространстве-времени.
Протяжённость JADES-GS-z14-0 составляет минимум 1600 световых лет. Это доказывает, что наблюдаемый свет в основном исходит от молодых звезд, а не от излучения вокруг растущей сверхмассивной черной дыры. Такое количество звездного света подразумевает, что масса галактики в несколько сотен миллионов раз больше массы Солнца. Это поднимает вопрос: как природа могла создать такую яркую, массивную и большую галактику менее чем за 300 млн лет. На эту тему было написано три отдельных статьи, одна из которых и опубликована в журнале Nature.
Ученые мало знали о периоде, известном как «космический рассвет» — первом миллиарде лет после Большого Взрыва, произошедшего 13,8 млрд лет назад. Это связано с тем, что ранняя Вселенная была заполнена туманом из нейтрального водорода, который рассеивал свет, не позволяя ему распространяться. Этот туман не существовал вечно. Он был ионизирован и рассеялся под воздействием ультрафиолета, излучаемого объектами ранней Вселенной. К концу «космического рассвета» пространство стало прозрачным. Однако к тому времени уже существовало много звезд и галактик. Чтобы понять, как все это сформировалось, нужно увидеть сквозь этот «туман».
Именно для этого был создан телескоп JWST с мощными инфракрасными датчиками. Инфракрасное излучение проходит через плотные среды, которые не пропускают видимый свет, потому что его длинные волны рассеиваются меньше. Спектрограф NIRSpec ближнего инфракрасного диапазона точно измеряет красное смещение объектов, отделяя волны, исходящие от естественных процессов в звездах. Только после проведения спектрального анализа, например, галактики, можно определить её удаленность. В результате такого анализа галактика JADES-GS-z14-0 была признана самой древней (или самой молодой, в зависимости от точки отсчета) из всех известных на момент наблюдений.
«Джеймс Уэбб» ищет объекты, существовавшие в первые 650 млн лет после Большого взрыва. Телескоп уже находил массивные галактики оказавшиеся намного левее на этой временной шкале, чем предсказывали модели. Но JADES-GS-z14-0 превосходит все ожидания.
Она необычайно большая и яркая, что совершенно не соответствует представлениям астрономов о том, как должны выглядеть галактики в ранней Вселенной. Анализ света галактики показал наличие большого количества пыли и кислорода. Такие тяжелые элементы образуются внутри светил, которые вскоре должны взорваться. Эти особенности указывают на то, что несколько поколений массивных звезд успели смениться к моменту, когда Вселенной исполнилось всего 300 млн лет. И хотя этот сценарий возможен (самые крупные звезды живут несколько миллионов лет), астрономы все равно не ожидали получить такие результаты.
Открытие этой галактики заставляет пересмотреть наши представления о ранней Вселенной. Оказывается, большое количество источников света в этот период нельзя объяснить исключительно активностью сверхмассивных черных дыр. Как показали наблюдения, уже на ранних этапах существования Вселенной могли формироваться большие, яркие галактики, хотя еще полгода назад это считалось невозможным.
Ученые пока пытаются осмыслить полученный результат, так как он совершенно не укладывается в сложившуюся космологию. Если «Уэбб» не ошибся, то им предстоит найти объяснение как JADES-GS-z14-0 могла сформироваться и прогореть до наличия тяжелых элементов за столь короткое время. Впрочем, всегда есть запасной вариант — теория о том, что Вселенная на самом деле в 2 раза старше.
