Эйнштейн окончательно сформулировал осенью 1915 года свои уравнения о связи материи, пространства и времени. С тех пор учёные провели немало наблюдений, пытаясь либо доказать, либо опровергнуть их применимость к нашей Вселенной. Наука ко всему относится со скепсисом, и это двигает её вперёд. Если однажды окажется, что Эйнштейн в чём-то ошибался, то это станет возможностью открыть новую физику, но пока это никому не удалось.

Моделирование космической паутины — нитей и скоплений тёмной материи, собирающие галактики вместе. Источник изображения: TNG

Строго говоря, уравнения Эйнштейна применительно к нашей Вселенной решил российский и советский учёный Александр Фридман в 1922 году. Потому нашу Вселенную можно справедливо называть «фридмановской». Она «пылевая» и нестатичная, что означает равномерное распределение материи (любая звезда или даже галактика на её масштабе будет выглядеть пылинкой) и расширение с ускорением. Сам Эйнштейн не предполагал, что такое возможно. Когда он выводил свои уравнения, никто, включая его самого, не знал о тёмной материи, тёмной энергии, чёрных дырах и других феноменах. Однако всё это нашло отражение в решениях его уравнений. Учёные продолжают пытаться найти в них изъяны, но пока безуспешно.

Сегодня уравнения Эйнштейна и его Общая теория относительности подверглись самому суровому испытанию за всё время. Учёные проанализировали первый год работы прибора DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) собирающего данные с 2019 года о галактиках и квазарах примерно с 3 млрд лет после Большого взрыва. Первый обзор по проекту был опубликован в апреле 2024 года. Сейчас ведётся подготовка обзора за первые три года работы прибора, а всего предусмотрено пять лет наблюдений. Полученные данные позволяют дать точную оценку скорости формирования галактик на глубину до 11 миллиардов лет назад. Это даёт учёным динамическую карту распределения масс по Вселенной, которое также можно рассчитать по уравнениям Эйнштейна.

На днях на сайте препринтов arXiv опубликованы три новые работы, отправленные на рецензирование, в которых даётся оценка выводов из Общей теории относительности в соответствии с распределением 6 млн галактик за 11 млрд лет истории Вселенной, полученных из годичного обзора DESI. Значимых расхождений в распределении масс между наблюдениями и расчётами по Эйнштейну нет.

Также новые выводы учёных позволили ограничить по верхнему пределу массу нейтрино и закрыть некоторые из альтернативной теории гравитации. Эйнштейн по-прежнему прав в определении точной зависимости между материей, пространством и временем. Вселенные не выбирают. Нам досталась такая: с абсолютной скоростью света, с ускоренным расширением и одинаковым пространством по всем направлениям.

Группа астрономов создала самую полную 3D-карту так называемого Местного пузыря — области пространства вместе с Солнечной системой, которая образовалась после взрыва сверхновой 14 млн лет назад. В общих чертах границы Местного пузыря были известны учёным. Новое исследование с помощью рентгеновского телескопа eROSITA позволило обнаружить неизвестный ранее элемент пузыря — что-то типа межзвёздного тоннеля или отростка в сторону созвездия Центавра.

Источник изображений: Michael Yeung/MPE

Интересно, что идея о соединении всех подобных пузырей, остающихся после взрывов сверхновых, своеобразными межзвёздными тоннелями была выдвинута учёными NASA ровно 50 лет назад. Сделанное с помощью нового инструмента открытие может стать первым шагом для сбора доказательств в пользу этой гипотезы.

Телескоп eROSITA стал первым рентгеновским инструментом, который наблюдал за Вселенной, находясь далеко за пределами Земли. Вокруг нашей планеты существует большое гало водорода, известное как геокорона. Геокорона распространяется более чем на 600 тыс. км от поверхности Земли. Солнечный ветер взаимодействует с атомами водорода в геокороне, возбуждая в ней рассеянное рентгеновское излучение подобно тому, которое испускают атомы газа в Местном пузыре. Телескоп eROSITA расположен в точке Лагранжа L2 на удалении 1,5 млн км от Земли и не страдает от помех в геокороне.

Для составления пространственной карты Местного пузыря небо было разделено на 2000 участков, каждый из которых рассматривался рентгеновским телескопом отдельно. Местный пузырь, оставшийся от взрыва сверхновой сравнительно недалеко от Солнца (так вышло случайно), разметал вещество в виде классической биполярной туманности. Внутри пузыря атомов существенно меньше, чем в остальном межзвёздном пространстве, и все они разогреты до миллионов кельвинов. К счастью для нас, атомы настолько разрежены в пространстве, что они не нагревают окружающую материю, но при этом легко детектируются соответствующими инструментами.

Градиент температур в Местном пузыре, измеренный eROSITA

Благодаря обзору eROSITA, Местный пузырь получил наиболее точное описание, включая определение градиента температуры. Впечатляющим открытием стало обнаружение «отчётливого рельефа» — ранее неизвестного тоннеля с разреженным газом в сторону созвездия Центавра. В том направлении находится несколько объектов — два молекулярных облака, туманность Гама, ещё один соседний пузырь, что-то ещё, но к какому конкретно объекту уходит тоннель, остаётся непонятным. Так или иначе, исследователи получили ценные данные, благодаря которым удаётся восстановить историю нашей галактики. А кто знает историю, тот не потеряется в будущем.

Интерактивную карту Местного пузыря и его ближайших окрестностей можно найти по ссылке. Жаль, что телескоп eROSITA переведён в режим сна 26 февраля 2022 года по требованию немецкой стороны. Он должен был работать 7 лет, а провёл за наблюдениями неполных 2 года.

Космический телескоп «Хаббл» (Hubble) прислал снимок далёкой спиральной галактики — ему удалось запечатлеть не только яркое световое шоу в областях звездообразования, но и короткую вспышку сверхновой, ещё более яркую, чем все её соседи.

Источник изображения: esahubble.org

Спиральная галактика NGC 1672 с перемычкой располагается в 49 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Золотая Рыба. Яркий свет галактике придают миллиарды подпитываемых газообразным водородом звёзд, а красным на снимке обозначены недавно сформировавшиеся и чрезвычайно горячие звёзды, испускающие мощное излучение. Ещё более ярким является активное галактическое ядро — сверхмассивная чёрная дыра, которая интенсивно поглощает вещество. В подпитывающем её кольце газа находится множество горячих молодых звёзд, обозначенных на снимке яркими розовыми пятнами.

Будучи вместилищем активного галактического ядра, NGC 1672 относится к сейфертовским галактикам. Композицию «Хаббла» дополняет сверхновая класса I под названием SN 2017GAX, которая хорошо видна около правого нижнего угла изображения. Сверхновая — яркий взрыв, происходящий, когда гигантская звезда подходит к концу своего жизненного цикла и коллапсирует. Этот эффект может оказаться ярче целой галактики. Сделанные менее чем за год снимки галактики NGC 1672 показали, что SN 2017GAX начинает превращаться в небольшую зелёную точку. Разницу можно увидеть на одной из страниц сайта Европейского космического агентства, где представлено наглядное сравнение снимков.

NASA опубликовало полученный космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST) снимок галактики, известной под номерами M74 и NGC 628, а также под неофициальным названием «Фантом». Впервые аппарат запечатлел её в 2022 году.

Галактика NGC 628 — снимок на MIRI и NIRCam. Источник изображений: esawebb.org

Старое изображение было получено при помощи прибора MIRI (Mid-InfraRed Instrument) среднего инфракрасного диапазона на телескопе «Джеймс Уэбб»; в новом данные MIRI были объединены с данными прибора Near-InfraRed Camera (NIRCam), работающего в ближнем инфракрасном диапазоне. Это помогло учёным проекта Feedback in Emerging extrAgalactic Star clusTers (FEAST) изучить расположенные в этой области звёздные ясли.

Галактика NGC 628 — снимок на NIRCam

Звёздные ясли — области в космосе, заполненные газами и молекулярными облаками. Здесь рождаются звёзды и планеты, поэтому чаще их называют областями звездообразования. Основная задача проекта FEAST — изучать образование и взаимодействие звёзд за пределами нашей галактики. Подсчитывая объёмы энергии, которую звезды выбрасывают в окружающую среду, учёные могут лучше понять механизмы их появления.

Объединив данные MIRI и NIRCam, учёные получили основания сделать вывод, что спиральные рукава галактики M74 — наиболее активные области звездообразования в ней. Снимок NIRCam помог увидеть линии излучения водорода, которые не так сильно подвержены влиянию пыли, и которые показывают, где формируются новые массивные звёзды.

Учёные Южной европейской обсерватории (ESO) с помощью радиотелескопа ALMA сделали удивительное открытие, которое бросает вызов нашему пониманию эволюции галактик. Всего в 700 млн лет от Большого взрыва они обнаружили галактику, своей структурой напоминающей наш Млечный Путь. Это самая далёкая спиральная галактика с вращающимся диском за всю историю наблюдений. Её там просто не должно было быть.

Источник изображения: ESO

Современная теория эволюции звёзд и галактик полагает, что из хаоса слияний этих объектов чёткая и упорядоченная структура с вращающимся диском получится лишь после нескольких миллиардов лет эволюции. Посмотрите на Млечный Путь! Этой галактике потребовалось 13,8 млрд лет, чтобы достичь гармонии в геометрии и движении. Благодаря телескопу «Джеймс Уэбб» открытия стали нарушать гармонию теорий. Например, год назад стало известно о «близняшке» Млечного Пути, обнаруженной через 2 млрд лет после Большого Взрыва. Новое открытие вскрыло ещё более вопиющую странность. Сформированная зрелая галактика с вращающимся диском обнаружена ещё на 1,3 млрд лет раньше.

Странная галактика получила название REBELS-25. Строго говоря, она обнаружена в данных ALMA (Атакамская большая антенная решётка миллиметрового диапазона) не сегодня. Но с момента обнаружения REBELS-25 учёные собрали достаточно доказательств, чтобы убедиться в своей правоте: REBELS-25 — это то, чем она кажется. Дополнительные исследования собрали доказательства, что эта галактика представляет собой самый удалённый вращающийся диск и развитую структуру с перемычкой из звёзд в центре и спиралевидными рукавами. Эта колоссальная структура не могла и не должна была стать такой, как мы её видим ко времени её наблюдения.

«Наблюдение галактики, имеющей такое сходство с нашим собственным Млечным Путём, в которой преобладает вращение, бросает вызов нашему пониманию того, как быстро галактики ранней Вселенной эволюционируют в упорядоченные галактики современного космоса», — сказала Люси Роуленд (Lucie Rowland), докторант Лейденского университета и первый автор исследования.

Теория предполагает, что чёрные дыры в центрах галактик способны «задуть свечу их жизни» — лишить вещества для образования новых звёзд. Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба помогла воочию увидеть такой процесс — сверхмассивная чёрная дыра почти мгновенно в масштабах жизни Вселенной уморила голодом галактику-хозяина.

Источник изображения: University of Cambridge

Астрономы из Университета Кембриджа заинтересовались далёкой массивной галактикой GS-10578, большинство звёзд в которой образовались в период с 12,5 до 11,5 млрд лет назад. Благодаря инфракрасной чувствительности «Уэбба» такое наблюдение стало впервые возможным с невероятной детализацией. Галактика GS-10578 имеет массу около 200 млрд солнечных масс. Для юности Вселенной это примерно эквивалентно массе Млечного Пути — нашей родной галактики (масса Млечного Пути составляет 1,2–1,9 трлн солнечных масс). Удивительным стало открытие, что по масштабам Вселенной образование звёзд в GS-10578 прекратилось очень быстро. Галактика быстро разрослась до гигантских для того времени размеров и «умерла». Почему?

Инфракрасная чувствительность «Уэбба» помогла обнаружить улетающий из галактики со скоростью более 1000 км/с холодный газ. Это скорость, позволяющая веществу преодолеть гравитационное притяжение галактики GS-10578, тем самым лишая её «пищи» для зарождения новых звёзд. Облака холодного газа не проявляют себя в спектре наблюдений «Уэбба», но он смог определить их скопления и скорость улёта по ослаблению света фоновых звёзд в галактике. Ранее такие измерения (холодного газа) можно было проводить только с помощью радиотелескопов, поэтому «Уэбб» действительно удивил. Полученные данные учёные намерены уточнить с помощью массива антенных решёток радиотелескопа Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA). Как минимум, ALMA сможет заглянуть внутрь галактики и попытается обнаружить хоть какое-то холодное топливо для процесса рождения новых звёзд.

«Основываясь на более ранних наблюдениях, мы знали, что эта галактика находится в затухающем состоянии: в ней образуется не так много звёзд, учитывая её размер, и мы ожидали, что существует связь между чёрной дырой и окончанием звездообразования, — поясняют авторы работы. — Однако до появления «Уэбба» мы не могли изучить эту галактику достаточно подробно, чтобы подтвердить эту связь, и мы не знали, является ли это подавленное состояние временным или постоянным».

Физика происходящего процесса проста. Вещество падает на чёрную дыру и вызывает выбросы энергии и вещества в сторону от неё. От чёрной дыры постоянно «дует» поток частиц, унося молекулярные газы и пыль от центра галактики и, как мы видим, даже прочь от неё.

«Мы нашли виновника, — продолжают учёные. — Чёрная дыра убивает эту галактику и удерживает её в состоянии покоя, перекрывая источник "пищи", необходимой галактике для образования новых звёзд».

Группа американских учёных при помощи космических телескопов «Чандра» (Chandra) и «Хаббл» (Hubble) обнаружила расположенную в относительной близости от Земли пару сверхмассивных чёрных дыр, которые ждёт слияние.

Источник изображений: nasa.gov

Две сверхмассивные чёрные дыры расположены в переживающих слияния галактиках MCG-03-34-64 на расстоянии 800 млн световых лет от нас — сами объекты разделяют всего 300 световых лет. Они активно поглощают газ и пыль в окрестностях, производя выбросы излучения и вещества — джеты. Такие области называются активными ядрами галактик, и они могут быть настолько яркими, что их свет перебивает свет всех звёзд в их галактиках.

Эта пара находится на огромном расстоянии от Земли, но это все равно самая близкая пара активных ядер галактик, которые наблюдаются в нескольких диапазонах: у «Хаббла» это видимый свет, а у «Чандры» — рентгеновское излучение. Ранее была обнаружена пара сверхмассивных чёрных дыр, расположенных ближе друг к другу, чем эта, но их присутствие удалось подтвердить только в радиочастотном диапазоне.

В будущем расстояние между двумя объектами будет сокращаться. Вращаясь вокруг друг друга, они производят рябь в пространстве и времени — гравитационные волны. Это вызывает сокращение их углового момента, провоцируя сближение чёрных дыр. Примерно через 100 млн лет они окажутся настолько близко друг к другу, что их огромная гравитация возьмёт верх, после чего произойдёт их столкновение и слияние.

Считается, что двойные активные ядра галактик в ранней Вселенной были распространенным явлением, когда чаще происходили и слияния самих галактик. Сейчас учёным представилась уникальная возможность наблюдать это явление — двойную систему открыли благодаря счастливой случайности: «Хаббл» обнаружил её среди данных, указывавших на высокую концентрацию кислорода в небольшой области MCG-03-34-64. Впоследствии этот же регион изучили при помощи «Чандры».

На достигнутом астрономы останавливаться не стали — они запросили архивы наблюдений наземного комплекса VLA (Very Large Array) в американском штате Нью-Мексико, и те показали, что пара сверхмассивных чёрных дыр также испускает мощные радиоволны. «Хаббл» же обнаружил и третий яркий источник света в этой области: предполагается, что это газ, на который оказал воздействие плазменный джет, выпущенный одной из чёрных дыр — так струя воды из садового шланга обрушивается на кучу песка.

В прошлом году космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) случайно обнаружил на небе объект в форме вопросительного знака. Он попал в нижнюю часть снимка пары формирующихся звёзд в созвездии Паруса, расположенных примерно в 1470 световых годах от Земли. Международная группа учёных утверждает, что ей удалось разобраться в природе загадочного объекта.

Слияние двух галактик на снимке «Джеймса Уэбба». Источник изображений: nasa.gov

По красному цвету объекта астрономы уже знали, что он довольно далёк. Рабочая гипотеза гласила, что он представляет собой пару галактик, которые по спиралевидной траектории приближаются друг к другу. Это подтвердил последний снимок данного участка неба. Вопросительный знак сформировали две взаимодействующие галактики: красная пылевая отмечает изгиб вопросительного знака, а белая спиральная прижимается к петлеобразной дуге справа от неё. Точку образует третья галактика, которая не имеет отношения к первым двум — она просто оказалась в нужном месте с позиции «Джеймса Уэбба».

Согласно данным телескопа, две галактики находятся в 7 млрд световых лет от Земли и достаточно близко, чтобы взаимодействовать друг с другом. Возможно, в процессе столкновения их газовых резервуаров появились регионы звездообразования. Сильного искажения нормальной формы нет ни у одной из них, «поэтому мы, вероятно, наблюдаем начало их взаимодействия друг с другом», говорят учёные. Изображения объектов искажаются и дублируются скоплением галактик на переднем плане — оно настолько массивно, что происходит деформация пространства и времени, которая называется гравитационным линзированием. В итоге красная галактика из пары запечатлена на снимке пять раз.

Слияние двух галактик в версии телескопа «Хаббл» (Hubble)

«Многозеркальное» гравитационное линзирование, эффект которого наблюдается на новом изображении «Джеймса Уэбба», встречается нечасто — оно требует особых положений наблюдателя, отдалённых галактик и линзирующего объекта. В данном случае в роли последнего выступает скопление галактик MACS-J0417.5-1154; а вид производимого им эффекта носит название «гиперболическая омбилическая гравитационная линза». Пока учёным довелось наблюдать не так много подобных явлений.

Изучая области звездообразования на последнем снимке, астрономы могут сделать выводы о развитии галактик на протяжении истории Вселенной. Он также проливает свет на прошлое и нашего Млечного Пути: массы двух галактик на снимке аналогичны массе нашей миллиарды лет назад — с этим изображением «Джеймс Уэбб» помогает нам заглянуть в её юношеские годы, рассказывают исследователи.

В журнале Nature вышла первая из трёх статей, в которой учёные сообщили о получении убедительных доказательств обнаружения самой древней галактики в истории наблюдений. Галактика JADES-GS-z14-0 существовала менее чем через 300 млн лет после Большого взрыва. Это не укладывается в голове у учёных — настолько больших, ярких и развитых галактик в те времена просто не должно было быть.

Источник изображения: NASA

«В январе 2024 года прибор NIRSpec наблюдал за этой галактикой, JADES-GS-z14-0, в течение почти десяти часов, и когда спектр был впервые обработан, были получены однозначные доказательства того, что у галактики действительно было красное смещение 14,32, что побило предыдущий рекорд самой удаленной галактики», — пояснили астрономы Стефано Карниани (Stefano Carniani ) из Высшей нормальной школы в Италии и Кевин Хайнлайн (Kevin Hainline) из Университета Аризоны.

Спектрограф NIRSpec ближнего инфракрасного диапазона в составе космической обсерватории им. Джеймса Уэбба способен определить величину красного смещения объекта, отсеяв, например, волны того же диапазона естественного происхождения — от химических и физических процессов в звёздах. Только после спектрального анализа объекта, например, галактики, можно делать вывод о его удалённости. После такого анализа галактика JADES-GS-z14-0 определена как самая древняя (или самая юная, смотря, откуда считать) в истории наблюдений.

Протяжённость галактики JADES-GS-z14-0 оценивается минимум в 1600 световых лет. Это говорит о том, что свет в основном исходит от молодых звёзд, а не от массивной чёрной дыры в её центре. Масса галактики превышает несколько сотен миллионов масс Солнца. Это примерно 10 % от массы нашей галактики Млечный Путь. Казалось бы, мелочь. Но эта «мелочь» была не по годам развита во времена Рассвета Вселенной, когда не должно было быть галактик такого размера и массы.

«Джеймс Уэбб» позволил нам заглянуть во времена, когда Вселенная была окутана туманом из атомарного водорода, рассеивавшего видимый свет и не позволяющий учёным заглянуть вглубь времён. Увиденное там бросило вызов земной науке. Динамика эволюции звёзд и галактик превысила все теоретические расчёты. В галактике JADES-GS-z14-0, например, обнаружено так много пыли и тяжёлых элементов (в астрономии это всё, что тяжелее гелия), что это невозможно сегодня объяснить. Для этого должны были жить и умереть много поколений тяжёлых звёзд, что для времени через 300 млн лет после Большого взрыва представляется просто невероятным.

Группа японских астрофизиков обнаружила связь между разрушением углеводородной пыли и эволюцией галактик. Исследование, основанное на анализе данных 138 галактик, показало, что алифатические компоненты углеводородной пыли разрушаются быстрее в условиях сильного радиационного излучения и ударных волн, характерных для активных этапов жизни галактик.

Источник изображения: Copilot

Углеводородная пыль является одним из основных компонентов межзвёздной пыли и состоит преимущественно из полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и алифатических углеводородов. Хотя учёные предполагают, что эта пыль подвергается воздействию межзвёздного излучения и ударных волн, детальные механизмы этих процессов до сих пор оставались не до конца изученными.

В ходе исследования, о котором сообщил портал Astrobiology.com, учёные из астрономического сообщества Японии проанализировали взаимосвязь между светимостью, излучаемой углеводородной пылью, и общей инфракрасной светимостью (LIR) для 138 галактик. Используя данные ближнего инфракрасного диапазона 2,5-5 мкм, полученные с помощью космического телескопа AKARI, они определили светимость ароматических углеводородов на длине волны 3,3 мкм (Laromatic) и алифатических углеводородов на длине волны 3,4-3,6 мкм (Laliphatic).

Кроме того, на основе данных фотометрии, произведённой телескопами AKARI, WISE и IRAS, были построены модели спектральных распределений энергии галактик, что позволило оценить их общую инфракрасную светимость и интенсивность радиационного поля.

Анализ показал, что галактики с более высокой инфракрасной светимостью демонстрируют более низкое соотношение светимостей алифатической и ароматической компонент. Также была обнаружена антикорреляция между этим соотношением и интенсивностью радиационного поля. Примечательно, что низкие значения наблюдались преимущественно в галактиках, находящихся в процессе слияния, что может говорить о том, что в таких галактиках алифатические компоненты разрушаются быстрее, чем ароматические.

Полученные результаты показали, что углеводородная пыль, предположительно, подвергается разложению под воздействием ударных волн и радиации в процессе слияния галактик, а соотношение светимостей алифатической и ароматической компонент, вероятно, уменьшается в подобных экстремальных межзвёздных условиях, поскольку алифатические компоненты химически слабее ароматических.

Исследование вносит важный вклад в понимание эволюции межзвёздной среды и процессов, происходящих в галактиках на разных стадиях их эволюции. Дальнейшие наблюдения и теоретические работы помогут уточнить механизмы обработки углеводородной пыли и их роль в эволюции галактик.

Активные ядра галактик или квазары — это живущие полной жизнью сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик. Эти объекты хорошо известны астрономам, но ещё ни разу не удавалось увидеть их рождение — они для земной науки были всегда. Группе европейских астрономов впервые удалось обнаружить начало пробуждения сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики — увидеть начало рождения квазара, что позволило наблюдать за процессом в реальном времени.

Пробуждение чёрной дыры в центре галактики в представлении художника. Источник изображения: ESO

Стартом для открытия послужило внезапное увеличение яркости до этого ничем не примечательной галактики SDSS1335 + 0728 в конце 2019 года. Эта галактика находится на удалении 300 млн световых лет от нас в созвездии Девы. В принципе, такое случается, когда спокойная чёрная дыра в центре галактики разрывает пролетающую мимо звезду. Это называется приливное разрушение, что на время позволяет чёрной дыре вспыхнуть от вновь падающего на неё вещества.

Но в этот раз это было явно не приливное событие, которое длится от нескольких десятков до сотен дней. Центральная область SDSS1335 + 0728 становилась всё ярче и ярче, что продолжается до сих пор. Такого учёные раньше не встречали. Не исключено, что это что-то новое в приливном разрушении. В то же время остаётся большая вероятность, что мы наблюдаем за рождением квазара или, что звучит устрашающе, за пробуждением сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики. Почему устрашающе? Чёрная дыра в центре нашей галактики тоже способна выкинуть подобный фокус.

«[Этот] процесс <...> никогда раньше не наблюдался», — поясняют учёные. В предыдущих исследованиях сообщалось, что неактивные галактики становятся активными через несколько лет, но это первый случай, когда сам процесс — пробуждение чёрной дыры — наблюдался в режиме реального времени. «Это то, что может произойти и с нашей собственной Sgr A*, массивной чёрной дырой <...>, расположенной в центре нашей галактики», — добавляют исследователи, но неясно, насколько велика вероятность, что это произойдёт.

В апреле 2024 года космическому телескопу NASA «Хаббл» исполнилось 34 года. Несмотря на почтенный возраст и периодические сбои этот инструмент исправно несёт службу, расширяя наши знания о Вселенной. Однако минувшей весной невозможность ремонта телескопа поставила его перед трудным выбором: сохранить производительность или продлить работу до 2035 года и дольше. В NASA выбрали второе. Сегодня «Хаббл» доказал правильность выбора.

Спиральная хлопьевидная галактика NGC 1546. Источник изображений: NASA

Для наведения на цели и для стабилизации телескопа во время снимков, а он должен держать цель до нескольких суток, космическая обсерватория «Хаббл» использовала от четырёх до шести гироскопов-маховиков. К 2008 году в работе остался один из четырёх ранее установленных гироскопов. В 2009 году команда астронавтов на корабле «Спейс шаттл» добралась до обсерватории и установила шесть новых гироскопов. До последних лет дожили только три из них и один из этой тройки начал отдавать ошибочные данные, что автоматически переводило обсерваторию в безопасный режим.

В NASA приняли решение оставить в работе только один гироскоп, а сбоящий и второй рабочий пока отключить, что создаёт резерв для продления работы обсерватории на годы — до 2035 года и дольше. Обратная сторона медали — это снижение производительности телескопа до 25 %. Это означает, что «Хаббл» не сможет фотографировать кометы и астероиды ближе орбиты Марса и будет нетороплив при переключении на новые цели. Это та вынужденная жертва, на которую пришлось пойти, чтобы увеличить шансы «Хаббл» дольше оставаться в строю.

Работа на одном гироскопе ничуть не ухудшила качество получаемых «Хабблом» изображений, что он доказал на практике. После возвращения к работе телескоп получил превосходный снимок спиральной галактики NGC 1546, удалённой от нас на 50 млн световых лет. Это так называемая хлопьевидная галактика, в структуре которой вместо чётко прослеживающихся рукавов наблюдаются обширные вспышки звездообразования — таких себе комков хлопьев, разбросанных по телу галактики. Они особенно хорошо видны на дальней стороне галактики, где подсвечены молодыми горячими голубыми звёздами.

«Новое изображение впечатляющей галактики, полученное "Хабблом", демонстрирует полный успех нашего нового, более стабильного режима наведения телескопа, — сказано в заявлении Дженнифер Уайзман (Jennifer Wiseman), старшего научного сотрудника проекта «Хаббл» в Центре космических полетов NASA в Мэриленде им. Годдарда. — Теперь у нас впереди много лет открытий, и мы будем рассматривать всё — от нашей Солнечной системы до экзопланет и далёких галактик. "Хаббл" играет важную роль в астрономическом инструментарии NASA».

На сайте arXiv одновременно появились три статьи, в которых независимые группы учёных пришли к одному выводу: обсерватория «Джеймс Уэбб» подтвердила открытие самой древней галактики в истории наблюдений человечества. Эта галактика активно росла и развивалась менее чем через 300 млн лет после Большого взрыва, что настойчиво подталкивает учёных изменить представление о ранних этапах эволюции Вселенной.

Источник изображения: NASA

С появлением такого мощного инструмента, как космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба, земная наука получила возможность заглянуть в эпоху реионизации и глубже, когда пространство было заполнено нейтральным водородом, который как густой туман рассеивал видимый свет звёзд. Считалось, что в те времена рассвета Вселенной было мало галактик и они были бедны на звёзды, ведь после Большого взрыва прошло всего несколько сотен миллионов лет. Звёзды и их скопления просто не успели бы развиться. «Джеймс Уэбб» ошеломил: плотность галактик и их яркость оказались впечатляющими даже в начале эпохи реионизации.

Удалённость и сложность измерений не позволяли сразу понять, какие галактики древние, а какие просто уходят в красный спектр по причине преобладания соответствующего типа звёзд. Разобраться с этим позволяют спектральные приборы «Уэбба». Они более-менее точно определяют красные смещения галактик, что позволяет судить об истинной удалённости этих объектов.

До недавнего времени самой древней подтверждённой галактикой была JADES-GS-z13-0, обнаруженная через 320 млн лет после Большого взрыва. Новой самой древней галактикой стала JADES-GS-z14-0, пойманная в объектив «Уэбба» менее чем через 300 млн лет после Большого взрыва. Масса этой галактики оказалась примерно на уровне 10 % от массы Млечного Пути, а её звёздное население росло со скоростью 25 солнечных масс в год. Обнаружить такой яркий объект и так рано — это ломает устоявшиеся представления об эволюции звёзд и галактик. Слово за вами, теоретики!

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) прислал снимки карликовой галактики NGC 4449, в которой наблюдается вспышка звездообразования — этот процесс был спровоцирован в результате поглощения ещё более компактной галактики NGC 4449B.

Галактика NGC 4449. Источник изображений: esawebb.org

NGC 4449 находится на расстоянии 12,5 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Гончие Псы. Она имеет много общего с Большим Магеллановым Облаком — галактикой, которая обращается вокруг Млечного Пути. Обе они имеют небольшие размеры и неправильную форму, а также проходящую через центр характерную полосу. Но в отличие от нашего ближайшего соседа, в NGC 4449 происходит активное звездообразование по всей длине и ширине. Звездообразование происходит, когда наполняющий галактику газ молекулярного водорода начинает испытывать возмущения в результате гравитационного взаимодействия или столкновения с другой галактикой.

Галактика NGC 4449 (NIRCam)

NGC 4449 входит в группу M94, состоящую из примерно двух десятков галактик, а значит, у неё есть несколько соседей, с которыми возможно взаимодействие. Доказательства такого взаимодействия были получены в 2012 году — это поглощение меньшей галактики-спутника NGC 4449B. Гравитационные приливные силы создали турбулентность в молекулярном газе вокруг NGC 4449, что привело к образованию многочисленных скоплений молодых звёзд. Эти скопления хорошо видно на снимках, полученных камерами ближнего (NIRCam, длина волны от 0,6 до 5 мкм) и среднего (MIRI, 5–28 мкм) инфракрасного диапазона. Изображения сильно отличаются друг от друга, цвета же на них не соответствуют действительности, а отражают картину в инфракрасном диапазоне.

Галактика NGC 4449 (MIRI)

Снимок NIRCam демонстрирует скопления недавно родившихся горячих звёзд на фоне более старых, чей свет обозначен рассеянным голубым свечением. Яркий центр окружен пыльными завитками, которые отмечают области звездообразования в облаках молекулярного газа, ионизированного излучением находящихся в скоплениях молодых звёзд — эти скопления представлены компактными голубыми областями. Изображение MIRI демонстрирует пыльный скелет NGC 4449, который кажется более концентрированным, чем вещество, запечатлённое NIRCam. В облаках пыли, обозначенных оранжево-красным цветом, содержатся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Эти молекулы являются строительными блоками межзвёздных пылевых частиц, а также играют ключевую роль в распространении органики. Ярко-жёлтые области — места активного звездообразования, а ярко-синие пятна свидетельствуют о звёздах в галактике.

В совокупности NIRCam и MIRI наглядно демонстрируют, что происходит в переживающей бурную фазу галактике, чьё развитие предопределено на миллиарды лет вперёд. NGC 4449 — пример того, что может произойти в Большом Магеллановом Облаке, если взаимодействие этой галактики с малым Магеллановым Облаком или даже Млечным Путём усилится. NGC 4449 также повторяет историю небольших галактик, которые существовали в ранней Вселенной — они стали строительными блоками более крупных, а звёздные вспышки в них породили значительную часть ионизирующей энергии, которая положила конец Тёмным векам Вселенной. Другими словами, NGC 4449 — это окно одновременно в прошлое и будущее галактической эволюции.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» получил, похоже, одни из самых ценных снимков за время своей работы. С его помощью учёным удалось увидеть, как рождались первые галактики во Вселенной. Это наблюдение в общем случае подтвердило нашу теорию об эволюции звёзд, галактик и самой Вселенной.

Источник изображения: NASA

«Можно сказать, что это первые "прямые" изображения формирования галактик, которые мы когда-либо видели, — пояснил ведущий автор исследования Каспер Эльм Хайнц (Kasper Elm Heintz), астрофизик Центра космического рассвета (DAWN) в Дании. — В то время как ранее "Джеймс Уэбб" показывал нам ранние галактики на более поздних стадиях эволюции [уже сформированные], здесь мы являемся свидетелями самого их рождения и, следовательно, построения первых звёздных систем во Вселенной».

Телескоп получил изображения трёх галактик примерно через 400–600 млн лет после Большого взрыва. На тот момент галактики представляли собой скопления сгустков тёмной и обычной материи, по-видимому, с чёрной дырой в их центрах. Звёзд в них ещё не было или их было исчезающее мало, и лишь на ранних стадиях эволюции. Обычная материя в те времена — это практически один водород. Именно его движение и поглощение засекли спектральные приборы «Уэбба».

Как это увидел «Уэбб»

На сделанных космической обсерваторией снимках учёные смогли различить движение водорода внутрь и по краям формирующихся галактик. Со временем под действием гравитации плотность газа в отдельных местах формирующихся галактик достигнет такого значения, которое запустит термоядерные реакции и породит первые звёзды. Но это будет потом и, к тому же, всё это мы видели на более поздних стадиях развития Вселенной. Увидеть фактически зачатие первых галактик — это редкая удача и, кстати, исследователи утверждают, что они выбирали цель для работы наобум, не до конца понимая, что же они хотят найти.

Астрономы пока не знают, как распределяется газ между центрами галактик, а также на их окраинах. Будущие наблюдения могут не только помочь решить эту задачу, но и показать, полностью ли газовые облака этих галактик состоят из первичного водорода или уже содержат более тяжёлые элементы.