Астрономы при помощи инфракрасной космической обсерватории «Джеймс Уэбб» обнаружили нового кандидата в рекордно далекую галактику, который существовал во времена, когда возраст Вселенной составлял 286 миллионов лет. Найденный объект характеризуется умеренной массой звезд и активным звездообразованием, однако плохо вписывается в текущие модели эволюции галактик. Препринт работы доступен в базе данных Техасского университета в Остине.

Изучение очень далеких галактик необходимо для проверки моделей формирования и эволюции галактик и объяснения их свойств, которые наблюдаются в Местной Вселенной. В настоящее время известно, что Вселенная была существенно населена галактиками при значениях красного смещения z=6–10, а текущие кандидаты в самые далекие системы обладают z∼13, что относится к началу эпохи Реионизации, когда энергичные фотоны (предположительно от массивных звезд в первых галактиках) ионизировали газ в межгалактическом пространстве. 

Среди задач в деле исследований эволюции галактик можно выделить изучение эволюции параметра SFRD (cosmic star-formation rate density), описывающего динамику скорости звездообразования в галактиках. Его значение возрастает с сегодняшнего дня до пика звездообразования во Вселенной при z∼2–3, а затем снова снижается по мере движения к ранней Вселенной. Интересно изучить на практике как менялся SFRD от z=4–8 до еще больших значений z, так как текущие работы дают разные выводы.

Группа астрономов во главе со Стивеном Финкельштейном (Steven L. Finkelstein) из Техасского университета в Остине сообщила, что отыскала нового кандидата в самую далекую известную на сегодня галактику, получившего обозначение CEERSJ141946.35+525632.8 и прозвище «Галактика Мэйси», в честь того, что ее открытие было сделано в день рождения дочери основного автора работы. Объект был найден в рамках поисков галактик при z=12–15 в фотометрических данных одного из полей неба, наблюдавшихся инструментом NIRCam «Джеймса Уэбба» в инфракрасном диапазоне 21 июня 2022 года по программе CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science Survey). Ученые также использовали для анализа данные наблюдений космического телескопа «Хаббл».

Фотометрическое красное смещение найденного источника излучения составляет z=14,3, что соответствует возрасту Вселенной на момент его существования в 286 миллионов лет. Статистическая значимость обнаружения кандидата на снимках, полученных при помощи пяти различных фильтров, оценивается более чем в 5 сигма. Эффективный радиус галактики оценивается в 330±30 парсек, предполагается, что она умеренно массивная (звездная масса около 10^8,5 масс Солнца) и очень активно образует звезды, при этом ее цвет говорит о небольшом содержании пыли, однако металличность оценивается не как чрезвычайно низкая. Возраст галактики оценивается в 20 миллионов лет на момент существования.

Это открытие оказалось для ученых неожиданным, так как не вписывается в большинство прогнозов, однако согласуется с теоретическими предположениями, предсказывающими плавное снижение SFRD при z>8. Если последующие спектроскопические наблюдения подтвердят открытие и будут найдены новые подобные объекты, то окажется, что галактики во Вселенной существовали менее чем через 300 миллионов лет после Большого взрыва. Существование галактики Мэйси требует экстремальных свойств звездного населения, таких как очень низкая металличность или очень ранняя аккреция вещества на сверхмассивную черную дыру, которое находится в пузыре ионизированного газа. Ученые подчеркивают, что найденная галактика пока что лишь кандидат, несмотря на то, что они не подтвердили возможность того, что это артефакт наблюдений. 

Прочесть про первые научные данные «Джеймса Уэбба» можно в материале «Посмотреть инфракрасным глазом».

Александр Войтюк