Галактика-нарушитель всех звездных законов. Ранняя Вселенная
Появилась несколько необычных интересных работ, связанных с одним и тем же вопросом: что происходит в ранней Вселенной.
[музыка]
Привет, Кирилл Масленников, Пулковский астроном, ведущий научным канала. Курите, мы видим на очень больших красных смещениях пределы наблюдаемой Вселенной. Мы видим объекты, возраст которых составляет несколько сотен миллионов лет после большого взрыва. Это стало возможным с тех пор, как работает инфракрасный инструмент с огромным космическим зеркалом, который гораздо дальше можетpenetrate в улыбну Вселенной, чем это было возможно раньше с помощью наземных инструментов и с помощью телескопа Хаббла.
В связи с этими наблюдениями, наблюдениями с наземными инструментами появились вот эти очень необычные и даже не скандальные, конечно, но вызывающие большое ажиотаж работы. Сейчас попытаюсь о них рассказать. Первое исследование — это наблюдение телескопа Джеймса Веба, который обнаружил шесть галактик на краском смещениях от 7 до 9. Это возраст, который соответствует примерно 800–900 миллионам лет после большого взрыва.
И вот на таких расстояниях обнаружены галактики с массами, близкими к массе нашей собственной галактики. Это невероятно! Дело в том, что для того чтобы галактика развелась в большой такой космический организм вот как в нашей галактике, где находится сотни миллиардов звёзд, должно пройти большое время. Галактики в крайне ранней Вселенной обычно маленькие и содержат немного звёзд, причём очень молодых. Это галактика имеет массу порядка 10 в 11 степени солнечных масс, то есть эта масса сравнима с массой нашей собственной галактики, а возраст при этом примерно 700–800 миллионов лет после большого взрыва.
Как это могло произойти, это пока совершенно непонятно. Некоторые даже говорят, что это они называют их, то есть нарушители всех космических законов, нарушители всей вот этой вот сложившейся схемы развития Вселенной. В первые миллионы лет после реализации, когда первые звезды начали ионизовать межзвёздный газ, есть несколько возможных объяснений. Одно из них, например, связано с тем, что просто расстояния не очень хорошо определены.
Вы знаете, что обычно расстояние до далеких галактик определяется по красному смещению, которые происходят в скорости удаления галактики. А тут вступает действие Закон Хаббла, и мы можем таким образом вычислить расстояние. Но эти галактики спектрально не измерялись, спектр их не получен. Спектр, видимо, слишком слабый, и спектр получить еще не удалось.
А представление о форме спектра делается по тому, что байлевский и лаймские скачки, резкие депрессии в спектре из-за того, что кончается спектральная серия линии водорода, красным смещением смещены до инфракрасной области. И вот по положению этих скачков приблизительно определяется расстояние до галактики. Нужны более точные измерения с нормальными спектральными линиями, чтобы убедиться, что расстояние получено правильно.
Это первая возможность: расстояние плохо определено. Есть другая идея: звездообразование в ранней Вселенной происходит очень не так давно, происходит сейчас в современной Вселенной. То есть, возможно, что образуются очень массивные звезды, которые живут гораздо меньше, чем средняя продолжительность жизни звезд, известная сейчас. То есть это могут быть звезды, которые живут порядка нескольких миллионов лет, и тогда может быть действительно получится так, что за такой короткий интервал создается сформированная массивная галактика такого типа, как наблюдались телескопом.
Есть ещё некоторые возможности, о которых просто не успели сказать, потому что хочу добавить ещё новые работы примерно такого же вида. Второе необычное наблюдение Джеймса Веба — это открытие линзированной галактики, тоже на большом красном смещении, то есть тоже в ранней Вселенной. Спектры содержат большое количество металлов. Вы, возможно, знаете, что для астрофизиков слово "металличность" в отношении к атмосфере звезды — это просто наличие элементов более тяжелых, чем водород и гелий: кислород, углерод, азот. Все это для астрофизика — металлы. Звезды с высокой металличностью — это звезды уже не первого, а третьего, четвёртого поколения, потому что сами по себе эти металлы образуются в недрах звёзд более ранних поколений.
Вы знаете, что мало майские тяжелые элементы могут получаться только в термоядерных печках. Таким образом, металличность такая, как, скажем, у нашего Солнца, возможно, только на порядочном времени, прошедшем после первых поколений звёзд. А здесь мы наблюдаем солнечную металличность на красном смещении, соответствующем примерно одному миллиарду лет после большого взрыва. То есть это самая ранняя Вселенная, какую только можно себе представить. Загадка, которая говорит о том, что смена звёздных поколений идёт гораздо быстрее, чем мы можем сейчас себе представить.
Видимо, опять-таки обнаруживаются гораздо более массивные звезды, которые гораздо быстрее эволюционируют. И за то время, пока у нас проходит там 1–2 поколения, там может пройти 5–6 поколений, связанного населения, обогащающих Украине звёзд металлом. Но это требует пересмотра всех наших представлений об эволюции. Третье наблюдение было выполнено с наземными инструментами на VLT, на Очень большом телескопе с помощью известного спектрографа экс-шутер. Было измерено содержание углерода, опять-таки в галактиках ранней Вселенной.
Схема такая довольно интересная: содержание углерода измеряется по линии поглощения углерода, возникающих в галактиках из-за того, что сквозь них проходит свет, испущенный совсем далекими квазарами на очень больших красных смещениях. И дальше всё происходит как на этой схеме. У нас есть примерно около 40 квазаров, свет от которых проходит через на переднем плане расположенные галактики. И поскольку они расположены на разных расстояниях, то мы можем наблюдать линии поглощения углерода на разных расстояниях от исходных фоновых квазаров.
Вот, двигаясь справа налево по этой диаграмме, мы наблюдаем линии углерода у всё более более поздних поколений галактик. И представьте себе, что происходит. На этом интервале примерно в 500 миллионов лет количество углерода оказывается растёт примерно в пять раз. Это может происходить только потому, что в этом интервале времени происходит быстрая звездообразование и очень интенсивное образование углерода в термоядерных печках.
Мы как бы нащупываем тот самый интервал времени, где происходит вот этот вот скачок звездообразования, увеличение количества звёздных поколений. Что может быть связано с теми фактами. И, наконец, последняя очень интересная работа. Она уже сделана с помощью тоже наземного телескопа, с помощью знаменитой антенной решётки Alma. Приведены измерения самой ранней из всех известных сверхмассивных чёрных дыр на красном смещении 6,8. Это соответствие тоже примерно возрасту около 900 миллионов лет после большого взрыва.
Каким образом на таком небольшом временном интервале может образоваться сверхмассивная чёрная дыра с массой порядка миллиарда солнечных масс, пока что совершенно непонятно. Чёрная дыра погружена в молодую, интенсивно звездообразующую галактику с фантастической скоростью звездообразования. Эта скорость достигает примерно тысячи солнечных масс в год. Напомню, что в нашей галактике в год примерно образуется одна солнечная масса. То есть мы снова наблюдаем галактику ранней Вселенной, в которой с бешеной скоростью образуются звёзды, и в которой за такое небольшое время уже успело образоваться гигантская сверхмассивная чёрная дыра.
Подводя некоторые итоги всему, что я сейчас сказал, совершенно ясно, что в ранней Вселенной происходит необычно быстрое процесс звездообразования. Скорее всего, происходит образование очень массивных и кратко живущих звёзд, и всё это довольно плохо, пока что укладывается в принятые сейчас оценки времени для механизмов. Итак, это означает, что мы на пороге довольно серьёзных изменений наших представлений о том, что происходит в совсем ранней Вселенной. Некоторые даже говорят, что надо подумать и о том, не пересмотреть ли нам Теорию большого взрыва.
Но я думаю, что до этого дела не дойдёт: слишком много у нас завязано на Большом взрыве, слишком много наблюдательных фактов соответствует этой экзотической теории. Поэтому будем держаться за неё до последнего. Но тем не менее, что происходит в ранней Вселенной, как нам надо скорректировать представление о звездообразовании и формировании галактик в это время – это очень жгучий, интересный вопрос. Несомненно, скоро появятся новые публикации, новые работы, которые об этом.
Подписывайтесь на наш канал, мы узнаем об этом очень быстро! [музыка]