Уэбб открыл тайны галактики, одной из самых отдаленных среди когда-либо виденных

Заглянув вглубь пространства и времени, две команды исследователей с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба изучили чрезвычайно яркую галактику GN-z11, которая существовала, когда нашей 13,8-миллиардной Вселенной было всего около 430 миллионов лет.

Об этом рассказывают в NASA, передают OstanniPodii.com.

Впервые обнаруженная космическим телескопом "Хаббл", галактика GN-z11 — одна из самых молодых и самых отдаленных из когда-либо наблюдаемых — настолько яркая, что ученые не могут понять, почему. Сейчас GN-z11 открывает некоторые из своих тайн.

Мощная черная дыра — самая отдаленная из когда-либо найденных

Команда, изучающая GN-z11 с помощью Уэбба, нашла первые четкие доказательства того, что в этой галактике есть центральная сверхмассивная черная дыра, которая быстро притягивает к себе материю. Их открытие делает эту сверхмассивную черную дыру самой отдаленной активной сверхмассивной черной дырой, обнаруженной на сегодняшний день.

"Мы обнаружили чрезвычайно плотный газ, который часто встречается вблизи сверхмассивных черных дыр, аккрецирующих газ. Это были первые четкие признаки того, что GN-z11 содержит черную дыру, которая поглощает материю", - пояснил главный исследователь Роберто Майолино из Кавендишской лаборатории и Института космологии им. Кавли Кембриджского университета в Великобритании.

Изображение: Поле галактик GOODS-Север

На этом изображении, полученном с помощью инструмента NIRCam (Камера ближнего инфракрасного диапазона) на борту Уэбба, показана часть Поля галактик GOODS-Север. В нижнем правом углу находится галактика GN-z11, которая видна через 430 миллионов лет после Большого взрыва. На изображении увеличен участок с GN-z11 вместе с центральным компактным источником, цвета которого согласуются с цветами аккреционного диска, окружающего черную дыру. Credits: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Marcia Rieke (University of Arizona), Daniel Eisenstein (CfA)

Используя Уэбб, команда также нашла признаки ионизированных химических элементов, которые обычно наблюдаются вблизи сверхмассивных аккрецирующих черных дыр. Кроме того, они обнаружили очень мощный ветер, выталкиваемый галактикой. Такие высокоскоростные ветры, как правило, вызваны процессами, связанными со сверхмассивными черными дырами в процессе активного роста.

"Камера NIRCam Уэбба обнаружила протяженный компонент, указывающий на галактику-хозяина, и центральный компактный источник, цвета которого согласуются с цветами аккреционного диска, окружающего черную дыру", - сказала исследовательница Ханна Ублер, также из Кавендишской лаборатории и Института Кавли.

Все эти данные свидетельствуют о том, что в галактике GN-z11 находится сверхмассивная черная дыра массой 2 миллиона солнечных масс, которая находится в очень активной фазе поглощения материи, и именно поэтому она такая яркая.

Сгущение из нетронутого газа в гало GN-z11 заинтриговало исследователей

Вторая команда, также под руководством Майолино, использовала NIRSpec (Спектрограф ближнего инфракрасного диапазона) Уэбба, чтобы найти газообразный сгусток гелия в гало, окружающем галактику.

"Тот факт, что мы не видим ничего другого, кроме гелия, свидетельствует о том, что это сгусток должен быть довольно чистым", - сказал Майолино. "Это то, чего ожидали теория и симуляции вблизи особо массивных галактик этих эпох — что в гало должны быть карманы нетронутого газа, которые сохранились в гало, и они могут коллапсировать и образовывать звездные скопления Популяции III".

Поиск невиданных ранее звезд Популяции III — первого поколения звезд, сформированных почти полностью из водорода и гелия — является одной из важнейших целей современной астрофизики. Ожидается, что эти звезды будут очень массивными, очень светлыми и очень горячими. Их ожидаемым признаком является наличие ионизированного гелия и отсутствие химических элементов тяжелее гелия.

Образование первых звезд и галактик знаменует собой фундаментальный сдвиг в космической истории, во время которого Вселенная превратилась из темного и относительно простого состояния в высокоструктурированную и сложную среду, которую мы видим сегодня.

Изображение: Скопление нетронутого газа вблизи GN-z11

На этом графике, состоящем из двух частей, показаны свидетельства наличия газообразного сгустка гелия в гало вокруг галактики GN-z11. В верхней части, в крайнем правом углу, небольшая рамка идентифицирует GN-z11 в поле галактик. Слева — увеличенное изображение галактики. В крайнем левом квадратике показана карта гелиевого газа в гало GN-z11, включая сгусток, который не виден в инфракрасных цветах на предыдущем квадратике. В нижней половине графика спектр показывает четкий "отпечаток" гелия в гало. Полный спектр не обнаруживает никаких признаков других элементов, а значит, можно предположить, что сгусток гелия должен быть достаточно чистым, состоять из газа водорода и гелия, оставшегося после Большого взрыва, без значительного загрязнения более тяжелыми элементами, образующимися звездами. Теория и симуляции вблизи особо массивных галактик этих эпох предполагают, что в гало должны остаться карманы нетронутого газа, которые могут коллапсировать и образовывать звездные скопления Популяции III. Credits: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)

Майолино, Юблер и их команда будут исследовать GN-z11 глубже во время будущих наблюдений с помощью Уэбба и надеются усилить доказательства в пользу того, что в ее гало могут формироваться звезды Популяции III.

Исследование чистого газового сгустка в гало GN-z11 было принято к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics. Результаты исследования черной дыры GN-z11 были опубликованы в журнале Nature 17 января 2024 года.