В новом исследовании учёные из Университета Миссури заглянули вглубь Вселенной и обнаружили нечто неожиданное. Используя инфракрасные снимки, полученные с помощью мощного космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), принадлежащего NASA, они идентифицировали 300 объектов, которые были ярче, чем ожидалось.
«Эти загадочные объекты — кандидаты в галактики ранней Вселенной, что означает, что они могут быть очень ранними галактиками», — сказал Хаоцзин Ян, профессор астрономии в Колледже искусств и наук Университета Миссури и соавтор исследования. «Если даже несколько из этих объектов окажутся тем, что мы думаем, наше открытие может бросить вызов существующим представлениям о том, как галактики формировались в ранней Вселенной — в период, когда начали формироваться первые звёзды и галактики».
Идентификация объектов в космосе
Но идентификация объектов в космосе происходит не мгновенно. Требуется тщательный поэтапный процесс, чтобы подтвердить их природу, сочетающий передовые технологии, детальный анализ и немного космической детективной работы.
Исследование под названием «О весьма ярких объектах, отобранных с помощью прибора NIRCam космического телескопа Джеймса Уэбба» опубликовано в The Astrophysical Journal.
Исследователи из Университета Миссури начали с использования двух мощных инфракрасных камер JWST: Near-Infrared Camera и Mid-Infrared Instrument. Обе специально разработаны для обнаружения света из самых отдалённых мест в космосе, что имеет ключевое значение при изучении ранней Вселенной.
Почему инфракрасное излучение? Потому что чем дальше объект, тем дольше его свет добирается до нас.
«Когда свет от этих ранних галактик проходит через космос, он растягивается до более длинных волн — переходит из видимого света в инфракрасный», — сказал Ян. «Это растяжение называется красным смещением, и оно помогает нам определить, как далеко эти галактики находятся. Чем выше красное смещение, тем дальше галактика от нас на Земле и тем ближе она к началу Вселенной».
Чтобы идентифицировать каждого из 300 кандидатов в ранние галактики, исследователи из Университета Миссури использовали установленный метод, называемый методом отсева.
«Он обнаруживает галактики с высоким красным смещением, ища объекты, которые появляются в более красных длинах волн, но исчезают в более синих — признак того, что их свет прошёл через огромные расстояния и время», — сказал Бангженг «Том» Сан, докторант, работающий с Яном и являющийся ведущим автором исследования. «Это явление указывает на «Лайманский обрыв», спектральную особенность, вызванную поглощением ультрафиолетового света нейтральным водородом. По мере увеличения красного смещения эта сигнатура смещается в более длинные волны».
Хотя метод отсева идентифицирует каждого из кандидатов в галактики, следующим шагом является проверка того, могут ли они иметь «очень» высокое красное смещение, сказал Ян.
«В идеале это можно было бы сделать с помощью спектроскопии — метода, который распределяет свет по разным длинам волн для идентификации сигнатур, которые позволили бы точно определить красное смещение», — сказал он. «Но когда полные спектроскопические данные недоступны, исследователи могут использовать метод, называемый аппроксимацией спектрального распределения энергии. Этот метод дал Сану и Яну основу для оценки красных смещений их кандидатов в галактики — наряду с другими свойствами, такими как возраст и масса».
В прошлом учёные часто считали, что эти чрезвычайно яркие объекты были не ранними галактиками, а чем-то другим, имитирующим их. Однако, основываясь на своих выводах, Сан и Ян считают, что эти объекты заслуживают более пристального изучения — и их не следует так быстро отвергать.
«Даже если только несколько из этих объектов будут подтверждены как находящиеся в ранней Вселенной, они заставят нас изменить существующие теории формирования галактик», — сказал Ян.
Окончательный тест будет использовать спектроскопию — золотой стандарт — для подтверждения выводов группы.
Спектроскопия разбивает свет на разные длины волн, подобно тому, как призма расщепляет свет на радугу цветов. Учёные используют этот метод, чтобы выявить уникальный «отпечаток пальца» галактики, который может рассказать им о том, сколько лет галактике, как она образовалась и из чего она состоит.
«Один из наших объектов уже подтверждён спектроскопией как ранняя галактика», — сказал Сан. «Но одного этого объекта недостаточно. Нам нужно будет провести дополнительные подтверждения, чтобы с уверенностью сказать, оспариваются ли текущие теории».
Предоставлено Университетом Миссури.