Международная группа астрономов, в том числе специалисты Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США), обнаружили самый далекий объект во Вселенной. Время путешествия света от галактики-кандидата HD1 составило 13,3 миллиарда лет. Об этом сообщается в препринтах в репозитории arXiv (тут и тут). Оба исследования приняты к публикации в журналах Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters и Astrophysical Journal.
Исследователи провели поиск галактик лаймановского разрыва (англ. Lyman-break galaxies, LBG) — очень отдаленных галактик, в которых происходит активное звездообразование. Для их обнаружения ученые проводят поиск излучения, в спектре которого присутствует так называемый предел Лаймана — волна длиной 91,15 нанометра, порождаемая переходом атома водорода из основного состояния в ион водорода. Присутствие предела в излучении звезды указывает на то, что она состоит преимущественно из водорода и, таким образом, является очень древней.
Если в регионе происходит звездообразование, то там должны находиться скопления нейтрального газа, поглощающего значительную долю волн, чья длина короче предела Лаймана, и это явление известно как лаймановский разрыв. Для галактики с красным смещением z=3 (время путешествия света примерно равно 11 миллиардам лет) длина волны разрыва значительно растягивается из-за расширения Вселенной и достигает около 360 нанометров, что достаточно для обнаружения наземными и космическими телескопами. Такой объект будет виден при одних длинах волн, но резко пропадает при длинах волн, короче порогового значения. В случае далеких галактик, испускающих ультрафиолетовое лаймановское излучение, англоязычные астрономы обозначают это термином H-dropout.
Исследователи изначально провели поиск LBG в фотометрических базах данных галактик Cosmological Evolution Survey и SXDS и идентифицировали две галактики-кандидата — HD1 и HD2. Объект HD1 был дополнительно изучен с помощью радиоинтерферометра ALMA, и это позволило подтвердить, что он имеет красное смещение 13,27 (время путешествия света 13,34 миллиарда лет).
Астрофизики также изучили возможную природу источника, является ли он галактикой с активным звездообразованием или квазаром со сверхмассивной черной дырой, и пришли к выводу, что обе гипотезы правдоподобны. В первом случае в галактике формирование новых звезд должно происходить экстремальными темпами, чтобы объяснить невероятную яркость источника и его высокую плотность. В случае квазара масса черной дыры должна быть сравнима с массой 100 миллионов Солнц, которая поглощает окружающее вещество с максимальной возможной скоростью или со скоростью, порождающей мощный звездный ветер, отбрасывающий это вещество. Наличие такой черной дыры, возникшей спустя около 300 миллионов лет после Большого взрыва, представляет сложность для современных моделей роста сверхмассивных черных дыр.
Ожидается, что природа HD1 будет окончательно установлена с помощью космического телескопа нового поколения «Джеймса Уэбба», запущенного в декабре 2021 года и в настоящее время проходящего процедуры калибровки.