Телескоп «Джеймс Уэбб»: продвижение вглубь времен

Борис Штерн
«Троицкий вариант» №15(359), 9 августа 2022 года

Оригинал статьи на сайте «Троицкого варианта»

Недавно появилось сообщение, что телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил рекордно далекую галактику с красным смещением z = 13, что соответствует возрасту Вселенной 300 млн лет, и еще одну с z = 11. Находки сделаны при обзоре всего 50 квадратных угловых минут неба. До этого рекорд был около z = 11.

Здесь требуется уточнение. Результат получен так называемым фотометрическим методом: измеряется яркость объекта в разных спектральных полосах и потом методом максимального правдоподобия подбирается красное смещение, наилучшим образом описывающее результат измерения. При этом пытаются зацепиться за Лайман-альфа-обрыв поглощения водорода. Метод не очень точен и, главное, не очень надежен. Нужен спектр, где Лайман-альфа-обрыв прямо виден. У телескопа «Джеймс Уэбб» есть возможность получить такой спектр с помощью инструмента NIRSpec.

Если говорить о фотометрических красных смещениях, то z = 13 уже было [2]; приведенный выше предыдущий рекорд z = 11 относится к спектрометрическим, поэтому о рекорде можно будет говорить лишь тогда, когда величина красного смещения будет подтверждена измерениями на спектрометре, что, впрочем, запланировано.

Рис. 1. Далекие объекты на диаграмме — красное смещение/абсолютная светимость. Точками отмечены объекты, для которых есть только фотометрическая оценка красного смещения, звездочки — объекты из обзора «Джеймса Уэбба» [1], для них пока тоже есть только фотометрические оценки. Квадраты — объекты со спектроскопическим измерением красного смещения. Разница в абсолютной светимости между GLz13 и HD1 примерно десятка. Из статьи [1]

Что представляют из себя обнаруженные галактики?

Рис. 2. Изображение галактики GL-z13. Предполагается, что по морфологии она близка к диску, слегка наклоненному к лучу зрения. Изображение из [1]: Pascal Oesch (University of Geneva & Cosmic Dawn Center, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen)

Они довольно маленькие по размеру: радиус, на котором яркость падает вдвое, — 0,6 килопарсека (для сравнения: мы находимся в 9 килопарсеках от центра нашей галактики). Их массы — порядка миллиарда масс Солнца, что на два порядка меньше массы Галактики. При этом их светимость только в ультрафиолете — порядка полной светимости нашей галактики, что естественно при большом темпе образования массивных звезд. Такой темп звездообразования уже накладывает ограничения на модели эволюции галактик в ранней Вселенной.

Что касается количества ярких галактик с таким z, обнаруженных на 50 квадратных угловых минутах, то их количество (две штуки) превосходит оценку, сделанную по экстраполяции данных с меньшим красным смещением.

Если данные величины красного смещения будут подтверждены спектроскопическими наблюдениями, то у нового телескопа прекрасные перспективы по освещению темных веков Вселенной.

1. Rohan P. Naidu et al. Two Remarkably Luminous Galaxy Candidates at z ≈ 10−12 Revealed by JWST.

2. Штерн Б. Вглубь темных веков. «Троицкий вариант» №7(351), 19 апреля 2022 года; Harikane Y. et al. A Search for H-Dropout Lyman Break Galaxies at z ∼ 12−16.