Астрономы уточнили расстояние до самой далекой известной галактики

Астрономы более точно измерили расстояние до самой старой и самой дальней галактики из когда-либо обнаруженных. Свет, который они видят, покинул галактику, известную как GN-z11, около 13,4 миллиарда лет назад, когда Вселенная была «маленьким космическим ребенком», а галактика отмечает самый край наблюдаемой Вселенной.

Заглянуть в космос — значит оглянуться назад во времени. Скорость света постоянна, то есть, когда мы смотрим на объект, находящийся, например, в 100 световых годах от нас, мы видим его таким, каким он был 100 лет назад.

Таким образом, если мы будем изучать объекты на расстоянии миллиардов световых лет от нас, мы сможем получить представление о том, как Вселенная выглядела в первые годы своего существования.

Теперь международная группа астрономов довела это до логического завершения, измерив расстояние до самой далекой известной галактики более точно, чем когда-либо прежде.

С одной стороны, GN-z11 находится на расстоянии 13,4 миллиарда световых лет от нас, поэтому мы видим, что произошло всего через 420 миллионов лет после Большого взрыва. На тот момент возраст Вселенной составлял всего три процента от нынешнего, что делало эту галактику самой старой из когда-либо наблюдаемых.

Но это расстояние не говорит всей истории. Ее настоящее расстояние на самом деле ближе к 32 миллиардам световых лет, что вызывает очевидный парадокс. Как мы можем видеть свет на расстоянии 32 миллиардов световых лет, когда Вселенной всего 13,8 миллиарда лет? У света, путешествующего с постоянной скоростью, не должно быть достаточно времени для столь долгого путешествия.

Объяснение заключается в том, что Вселенная расширяется, и делает это ускоренными темпами. Это расширяет длины волн света от далеких галактик так, что они смещаются в сторону красного конца светового спектра, явление, известное как красное смещение  (скорость удаления или лучевая скорость галактики GN-z11 равна, примерно, 295 000 км/с — более 0,98 от скорости света).

Красное смещение действует как множитель расстояния и обозначается в уравнениях как z. Для этого нового исследования астрономы измерили красное смещение GN-z11 более точно, чем в предыдущих работах, изучив ультрафиолетовый свет от галактики и уточнив, насколько вытянуты определенные химические сигнатуры, называемые эмиссионными линиями.

«Мы специально рассмотрели ультрафиолетовый свет, поскольку это область электромагнитного спектра, в которой мы ожидали найти химические сигнатуры с красным смещением», — говорит Нобунари Кашикава, автор исследования.

«Космический телескоп Хаббла несколько раз обнаружил сигнатуру в спектре GN-z11. Однако даже Хаббл не может разрешить линии ультрафиолетового излучения в той степени, в которой мы нуждались. Поэтому мы обратились к более современному наземному спектрографу, инструменту для измерения эмиссионных линий, названному MOSFIRE, который установлен на телескопе Keck I на Гавайях».

Используя этот инструмент, астрономы смогли измерить красное смещение галактики в 100 раз точнее, чем предыдущие измерения, и определили, что ее значение z составляло 10,957, по сравнению с 11,09 в более ранних исследованиях. Это подтверждает доказательства того, что GN-z11 — самая далекая и самая старая галактика из когда-либо наблюдавшихся, и она находится прямо на краю наблюдаемой Вселенной.

Будущие телескопы смогут найти предков таких галактик с более высоким красным смещением и исследовать космическую эпоху в начале реионизации.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Astronomy.