Найдальша від нас зірка. Найдальша зірка: відкриття, характеристики, відстань. Як сталося відкриття

Найпотужніша гравітаційна лінза, що підсилила світло в дві тисячі разів, допомогла орбітальної обсерваторії "Хаббл" отримати фотографії зірки, віддаленої від Землі на 9 мільярдів світлових років, йдеться в статті, опублікованій в журналі Nature.

"Нам вперше вдалося побачити звичайну зірок - не наднову, що не гамма-спалах, а саме звичайне світило, віддалене від нас на дев'ять мільйонів світлових років. Як нам здається, інші подібні накладення" космічних лінз "допоможуть нам побачити найдавніші зірки Всесвіту. Саме світобудову подарувало нам найбільший телескоп, який тільки може існувати ", - заявив Олексій Філіппенко з університету Каліфорнії в Берклі (США).

Будь-яке скупчення матерії великої маси, в тому числі і темної, взаємодіє зі світлом і змушує його промені скривлюватися, як це роблять звичайні оптичні лінзи. Такий ефект вчені називають гравітаційним лінзуванням. У деяких випадках викривлення простору допомагає астрономам побачити наддалеких об'єкти - перші галактики Всесвіту і їх ядра-квазари - які були б недоступні для спостереження із Землі без гравітаційного "збільшення".

Якщо два квазара, галактики або інших об'єкта розташовані один за одним для спостерігачів на Землі, виникає цікава річ - світло більш далекого об'єкта розщепиться при проходженні через гравітаційну лінзу першого. Через це ми побачимо не два, а п'ять яскравих точок, чотири з яких будуть світловими "копіями" більш далекого об'єкта. До того ж, подібні "лінзи Ейнштейна" часто накладаються один на одного, що підсилює світло ще більш далеких об'єктів.

Філіпенка та його колеги, в тому числі Нобелівський лауреатАдам Рісс (Adam Riess), вперше змогли отримати детальні знімки зірки, що існувала в одній з перших галактик Всесвіту, спостерігаючи за скупченням галактик MACS J1149, розташованому в сузір'ї Лева на відстані в п'ять мільярдів світлових років від Землі.

Це скупчення, як з'ясували вчені в 2014 році, закриває собою ще одне велике "сімейство" галактик, сліди якого можна побачити у вигляді яскравого кільця світла, що оточує MACS J1149. Аналізуючи його структуру по знімках, отриманих "Хабблом" в 2016 та 2017 років роках, Філіпенко та його колеги помітили незвичайний об'єкт, який вибивався із загального ряду галактик.

Проаналізувавши його спектр і вимірявши розміри, вчені виявили, що мають справу не зі спалахом наднової або гамма-сплеском, а з нормальної зіркою, Яка належить до блакитних надгігантів. Вона знаходиться на околицях галактики, віддаленої від Землі приблизно на 9 мільярдів світлових років, на протилежному краю якої відносно недавно вибухнула наднова, SN Refsdal, чий світло також був багаторазово посилений "лінзою" MACS J1149.

У минулому, ця зірка, що отримала кличку "Ікар" і ім'я MACS J1149 LS1, залишалася невидимою для "Хаббла" або будь-яких інших телескопів. Вона стала помітною лише після того, як її положення в галактиці змістилося, і її світло почало проходити через околиці іншої зірки, невеликого карлика розміром з Сонце, на шляху до скупчення MACS J1149. Це посилило її світіння в 600 разів і дозволило астрономам відкрити її.

У найближчому майбутньому, як очікують Філіпенка та його колеги, MACS J1149 LS1 стане ще яскравіше через подальших зрушень в положенні зірок в її рідній галактиці. Спостереження за цим світилом, як сподіваються вчені, допоможуть їм зрозуміти, яку роль відіграє темна матерія у формуванні подібних гравітаційних лінз і наблизитися до відкриття так званих прімордіальних чорних дір.

На кордоні галактики

Самі далекі космічні об'єкти розташовані так далеко від Землі, що навіть світлові роки є сміховинно малою мірилом їх віддаленості. Наприклад, саму близьке до нас космічне тіло - Місяць розташоване всього в 1,28 світлових секунди від нас. Як же уявити собі відстані, які світловий іспульс не в силах подолати за сотні тисяч років? Існує думка, що вимірювати таке колосальний простір класичними величинами некоректно, з іншого боку інших у нас немає.

Сама далека зірка нашої Галактики розташована в напрямку сузір'я Терезів і віддалена від Землі на відстань, яку апарат може подолати світло за 400 тис. Років. Ясно, що ця зірка знаходиться у прикордонній риси, в так званій зоні галактичного гало. Адже відстань до цієї зірки приблизно в 4 рази перевищує діаметр уявних просторів нашої Галактики. (Діаметр Чумацького Шляху оцінюється приблизно в 100 тис. Світлових років.)

За межами галактики

Дивно, що найдальшу, досить-таки яскраву зіркувідкрили тільки в наш час, хоча її спостерігали і раніше. З незрозумілих міркувань астрономи не звернули особливої ​​уваги на слабо світиться цятка на зоряному небосхилі і различающееся на фотопластинці. Що ж виходить? Люди бачать зірку протягом чверті століття і ... не помічають її. Зовсім недавно американськими астрономами з обсерваторії імені Лоуелла була відкрита ще одна з найбільш віддалених зірок в периферійних межах нашої Галактики.

Цю зірку, вже потьмянілу від «старості», можна пошукати на небосхилі в розташуванні сузір'я Діви, на відстані приблизно 160 тис. Світлових років. Подібні відкриття в темних (в прямому і переносному сенсі слова) ділянках Чумацького Шляху дозволяють внести важливі коригування при визначенні істинних значень маси і розмірів нашої зоряної системи в бік їх значного збільшення.

Однак, навіть самі далекі зірки в нашій галактиці розташовані відносно близько. Самі далекі з відомих науці квазарів розташовані більш ніж в 30 разів далі.

Квазар (англ. Quasar - скорочення від QUASi stellAR radio source - «квазізвёздний радиоисточник») являє собою клас позагалактичних об'єктів, що відрізняються дуже високою світністю і настільки малим кутовим розміром, що протягом декількох років після відкриття їх не вдавалося відрізнити від «точкових джерел» - зірок.

Не так давно американські астрономи виявили три квазара, відносяться до числа найбільших "старих" відомих науці об'єктів у Всесвіті. Їх віддаленість від нашої планети становить понад 13 мільярдів світлових років. Відстані до далеких космічних утворень визначаються за допомогою так званого "червоного зсуву" - зсуву в спектрі випромінювання швидко рухомих об'єктів. Чим далі вони знаходяться від Землі, тим швидше, відповідно до сучасних космологічними теоріями, вони віддаляються від нашої планети. Попередній рекорд дальності був зафіксований в 2001 році. Червоний зсув виявленого тоді квазара оцінювалося величиною 6.28. Нинішня трійця має зміщення 6.4, 6.2 і 6.1.

темне минуле

Відкриті квазари всього на 5 відсотків "молодший" Всесвіту. Що було до них, відразу після великого Вибуху- зафіксувати складно: водень, що утворився через 300 000 років після вибуху, блокує випромінювання самих ранніх космічних об'єктів. Тільки зростання числа зірок і проведена іонізація водневих хмар дозволяє розірвати завісу над нашим "темним минулим".

Для отримання і перевірки подібної інформації потрібна спільна робота декількох потужних телескопів. Ключова роль у цій справі належить космічному телескопу Хаббл і цифровому телескопу Слоан, розташованому в обсерваторії Нью-Мексико.

Коли ви дивитеся на небо темної ночі при ясній погоді, ви бачите безліч зірок. Однак практично всі вони знаходяться в нашій галактиці, Чумацькому шляху. Навіть найбільш віддалені з тих, що ви можете розглядати без телескопа, знаходяться на відстані менше двадцяти тисяч світлових років від Землі. Може здатися, що це гігантська дистанція, але космос набагато більше безпосередніх наших околиць. Він дійсно величезний, і саме тому вченим неймовірно важко вивчати зірки, що знаходяться за межами нашої галактики. Саме далеке світило, яке вдалося ізолювати від навколишнього її стороннього світіння, знаходиться на відстані всього 55 мільйонів світлових років від нас.

Наукові досягнення

Однак якщо астрономи ні в чому не помиляються, недавно цей рекорд був побитий. Згідно зі статтею, опублікованою в березні цього року в журналі «Nature Astronomy», він був розбитий в пух і прах, зметений і розтоптаний. Він перейшов до зірки, яка знаходиться від нас, вдумайтеся тільки, в 14 мільярдах світлових роках! Треба відзначити, що астрономам нерідко вдається розгледіти віддалені від нашої планети об'єкти. За допомогою телескопів вони можуть бачити найяскравіші наднові в 10 мільярдах світлових роках від нас. Однак звичайні зірки неможливо розглянути навіть на відстані, в сотні разів меншим. І ось тут ми в перший раз згадуємо про «гравітаційне лінзування».

Це явище відбувається в тих випадках, коли величезна маса, що є у галактики або навіть скупчення галактик, викривляє, спотворює і посилює світло, джерело якого знаходиться за нею. Цей феномен можливий завдяки тому, що подібні об'єкти фактично викривляють сам простір навколо себе. Галактики, що створюють ефект гравітаційного лінзування, «підсилюють» яскравість в середньому в 50 разів.

далекі Зірки

Та зірка, про яку сьогодні йде мова, знаходиться за скупченням галактик, що знаходяться в 6 мільярдів світлових роках від нас, і її світло було посилено більш ніж в 2000 разів! У наукових каталогах вона значиться як MACS J1149 Lensed Star 1. Однак вчені, що виявили її, дали їй і неофіційну назву - Ікар. Спасибі їм за це велике, нам теж так набагато зручніше.

Ікар був помічений, можна сказати, зовсім випадково, коли дослідники розглядали знімки наднової, зроблені космічним телескопом «Хаббл» в 2016 та 2017 років роках. Недалеко від неї вони помітили невелике яскраве пляма. Воно з часом змінювало яскравість, але зовсім не так, як це роблять наднові. Колірна гамма світла, що йде від цього об'єкта, залишалася незмінною протягом багатьох місяців. Подальший аналіз показав, що ми маємо справу з блакитним надгігантом.

Ці зірки набагато більше, масивніше, гаряче Сонця і в сотні тисяч разів яскравіше його. Це така невелика нагадування про те, що будь-яке явище в космосі може мати воістину космічні масштаби. Всі блакитні надгіганти мають схожі характеристики, тому, порівнявши світло Ікара зі світлом таких же об'єктів нашої галактики, астрономи змогли розрахувати відстань до нього. З'ясувалося, що зірка має вік 9 мільярдів років, а зв'язку з тим, що Всесвіт розширюється, зараз до цього світила взагалі 14 мільярдів світлових років.

Як же Икару вдалося збільшити своє зображення в 2000 разів, якщо звичайне значення гравітаційного лінзування становить всього 50? Відповідь - мікролінзи. Це невеликі об'єкти, що знаходяться всередині великих лінз. Це можуть бути окремі зірки, що забезпечують додаткове наближення «картинки». Лінзи всередині лінз. Цей ефект триває порівняно недовго, тому що мікролінзи постійно сходять з потрібною позиції і знову повертаються на неї. Однак якщо ми уважно стежимо за тим, що відбувається, перед нами відкриваються величезні можливості. За допомогою мікролінзування вченим вдалося знайти навіть планети за межами Чумацького шляху!

Найдальша зірка

Ікар, до речі, може бути корисний не тільки як володар рекорду, занесений до відповідної книги. Вивчаючи те, як діє на нього з плином часу ефект наближення, астрономи сподіваються скласти точну модель розподілу матерії в «лінзірующем» скупченні галактик. Це, ймовірно, включає в себе і темну матерію, яку ми все ніяк не можемо знайти, розглянути і помацати, але яка надає гравітаційний вплив на інші космічні об'єкти. Таким чином, Ікар може допомогти нам значно збільшити обсяг своїх знань про Всесвіт. Що ж, його давньогрецький тезка теж був вельми позитивним персонажем, хоч рекордсменом так і не став, як не старався. Сподіваємося, що і наш Ікар не осоромити славного імені.

Астрономи з Техаського університету A & M і Техаського університету в Остіні виявили саму далеку з відомих нам галактик. Згідно з даними спектрографії, вона знаходиться на відстані приблизно 30 млрд світлових років від сонячної системи(Або від нашої Галактики, що в даному випадку не настільки істотно, тому що діаметр Чумацького шляху - всього лише 100 тис. Світлових років).

Найдальший об'єкт у Всесвіті отримав романтичну назву z8_GND_5296.

«Чудово знати, що ми - перші люди в світі, хто побачив його, - сказав доктор наук Вітел Тілві (Vithal Tilvi), співавтор наукової роботи, яка зараз опублікована в онлайні (для безкоштовного перегляду наукових робітвикористовуйте сайт sci-hub.org).

Виявлена ​​галактика z8_GND_5296 сформувалася через 700 млн років після Великого вибуху. Власне, в такому стані ми і бачимо її зараз, тому що світло від новонародженої галактики тільки зараз дійшов до нас, пройшовши відстань в 13,1 млрд світлових років. Але оскільки в процесі цього Всесвіт розширювався, то на дану хвилину, як показують розрахунки, відстань між нашими галактиками становить 30 млрд світлових років.

У новонароджених галактиках цікаво те, що там йде активний процес формування нових зірок. Якщо в нашому Чумацькому шляху з'являється по одній новій зірці на рік, то в z8_GND_5296 - приблизно по 300 на рік. Те, що відбувалося 13,1 млрд років тому, ми можемо спокійно зараз спостерігати в телескопи.

Вік далеких галактик можна визначити по космологическому червоному зсуву, викликаного в тому числі ефектом Доплера. Чим швидше віддаляється об'єкт від спостерігача, тим сильніше виявляється ефект Доплера. Галактика z8_GND_5296 показала червоне зміщення 7,51. Близько сотні галактик володіють червоним зміщенням більше 7, то є вони сформувалися до того, як Всесвіту виповнилося 770 млн років, і попереднім рекордом було 7,215. Але лише у кількох галактик відстань підтверджено за даними спектрографії, тобто по спектральної лінії Лайман альфа (про неї нижче).

Радіус Всесвіту становить як мінімум 39 млрд світлових років. Здавалося б, це суперечить віку Всесвіту в 13,8 млрд років, але протиріччя немає, якщо врахувати розширення самої тканини простору-часу: для цього фізичного процесу не існує обмеження по швидкості.

Вченим не зовсім зрозуміло, чому не вдається спостерігати інші галактики віком до 1 млрд років. Віддалені галактики спостерігають за чітким прояву спектральної лінії L α (Лайман альфа), яка відповідає переходу електрона з другого енергетичного рівня на перший. Чомусь у галактик молодше 1 млрд років лінія Лайман альфа проявляється все слабше. Одна з теорій полягає в тому, що як раз в той час відбувався перехід Всесвіту з непрозорого стану з нейтральним воднем в напівпрозоре стан з іонізованим воднем. Ми просто не можемо побачити галактики, які приховані в «тумані» з нейтрального водню.

Як же z8_GND_5296 змогла пробитися через туман нейтрального водню? Вчені припускають, що вона іонізованого найближчі околиці, так що протони змогли прорватися. Таким чином, z8_GND_5296 - найперша з відомих нам галактик, яка вийшла з непрозорого місива нейтрального водню, наполнявшего Всесвіт в перші сотні мільйонів років після Великого вибуху.

Всесвіт - чертовски велике місце. Коли ми дивимося на нічне небо, майже всі, що видно неозброєним оком, є частиною нашої галактики: зіркою, скупченням зірок, туманністю. За зірками Чумацького Шляху проглядає, наприклад, галактика Трикутника. Ці «острівні світи» ми знаходимо всюди у Всесвіті, куди не глянь, навіть в найтемніших і порожніх клаптиках простору, якщо тільки зуміємо зібрати достатньо світла, щоб заглянути досить глибоко.

Більшість цих галактик настільки далекі, що навіть фотону, що летить на швидкості світла, будуть потрібні мільйони чи мільярди років, щоб подолати міжгалактичний простір. Колись він був виданий поверхнею далекої зірки, а тепер він, нарешті, дістався до нас. І хоча швидкість в 299 792 458 метрів в секунду здається неймовірною, той факт, що ми пройшли всього 13,8 мільярда років з часів Великого Вибуху, означає, що відстань, яку подолав світ, все ж звичайно.

Ви, напевно, думаєте, що найдальша галактика від нас повинна бути не далі, ніж в 13,8 мільярда світлових років від нас, але це було б помилкою. Річ у тім, крім того, що світло рухається з кінцевою швидкістю через Всесвіт, є й інший, менш очевидний факт: тканина самого Всесвіту розширюється з плином часу.

Рішення загальної теорії відносності, які взагалі виключали таку можливість, з'явилися в 1920 році, але спостереження, які прийшли пізніше - і показали, що відстань між галактиками збільшується, - дозволили нам не тільки підтвердити розширення Всесвіту, а й навіть виміряти темп розширення і як він змінювався з часом. Галактики, які ми бачимо сьогодні, були набагато далі від нас, коли вперше випустили світло, яку ми здобули сьогодні.

Галактика EGS8p7 в даний час є рекордсменом по віддаленості. З виміряним червоним зміщенням в 8,63, наша реконструкція Всесвіту підказує нам, що світла цієї галактики знадобилося 13,24 мільярда років, щоб дістатися до нас. Ще трохи математики, і ми виявимо, що бачимо цей об'єкт, коли Всесвіту було всього 573 мільйона років, всього 4% від її поточного віку.

Але оскільки Всесвіт розширювався весь цей час, ця галактика знаходиться не в 13,24 мільярда світлових років від нас; насправді, вона вже в 30,35 мільярда світлових років. І не варто забувати: якщо б ми могли миттєво відправити сигнал з цієї галактики до нас, він покрив би відстань в 30,35 мільярда світлових років. Але якщо ви замість цього відправите фотон з цієї галактики до нас, то завдяки темної енергії і розширення тканини простору він ніколи нас не досягне. Ця галактика вже пішла. Єдина причина, по якій ми можемо її спостерігати за допомогою телескопів Кека і Хаббла, полягає в тому, що блокуючий світло нейтральний газ в напрямку цієї галактики виявився досить рідкісним.

Дзеркало Хаббла в порівнянні з дзеркалом Джеймса Вебба

Але не думайте, що ця галактика найдальша з найбільш далеких галактик, які ми коли-небудь побачимо. Ми бачимо галактики на такій відстані настільки, наскільки нам дозволяє наше обладнання і Всесвіт: чим менше нейтрального газу, чим більше і яскравіше галактика, ніж чутливіші наш інструмент, тим далі ми бачимо. Через кілька років космічний телескоп Джеймса Вебба зможе заглянути ще далі, оскільки буде здатний уловлювати світло більшої довжини хвилі (і, отже, з великим червоним зміщенням), зможе бачити світло, який не блокується нейтральним газом, зможе бачити більш тьмяні галактики, ніж наші сучасні телескопи (Хаббл, Спітцер, Кек).

В теорії найперші галактики повинні з'явитися з червоним зміщенням в 15-20.