На обычную материю во Вселенной, из которой, например, состоят звёзды, планеты и люди, приходится всего 16 % вещества. Но точно локализована лишь малая часть из этого объёма. Где находится остальное вещество — вопрос, на который долгое время могли отвечать только теоретики. Новая работа учёных из Калтеха (Caltech) пролила свет на реальное распределение видимой материи во Вселенной. Фактически, они нашли её всю.

Источник изображения: Caltech

Данные о распределении обычной (барионной) материи в пространстве помог собрать радиотелескоп DSA-110 Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology). Видимая материя излучает свет различных длин волн и поэтому может быть обнаружена. Другое дело, что, рассеявшись по невероятно большому объёму Вселенной, она в основном представляет собой «туман», который непросто обнаружить на расстояниях в сотни миллионов и миллиарды световых лет.

К счастью, во Вселенной нашлись своеобразные прожекторы, которые помогли буквально высветить «пропавшее» вещество. В качестве таких маяков астрономы Калтеха использовали источники быстрых радиовсплесков (FRB). Эти всплески сами по себе остаются загадкой, но для их применения в роли прожекторов суть происхождения не важна. Главное — FRB испускают сквозь пространство мощный радиоимпульс, который преломляется при встрече с рассеянным веществом.

Когда радиоволны от быстрых радиовсплесков достигают Земли, они рассеиваются на разные длины волн, подобно тому как призма превращает солнечный свет в радугу. Степень этого рассеивания — или дисперсии — зависит от того, сколько материи находится на пути распространения света.

Для исследования были отобраны 69 быстрых радиовсплесков, координаты которых ранее были определены с достаточной точностью. Всего науке известно свыше тысячи таких событий, но источники большинства из них остаются неустановленными. В данной работе радиовсплески как бы «осветили» структуру распределения вещества в космическом пространстве. Самый удалённый FRB находился на расстоянии 9,1 млрд световых лет, а самый близкий — в 11,7 млн световых лет от Земли.

Результаты показали, что 76 % обычной материи во Вселенной находится в межгалактическом пространстве. Около 15 % сосредоточено в гало галактик, а оставшаяся часть — внутри самих галактик, в звёздах и холодном галактическом газе. Такое распределение согласуется с прогнозами, полученными в результате сложных космологических моделей, но до сих пор не подтверждалось прямыми наблюдениями.

Полученные данные помогут исследователям лучше понять, как формируются и развиваются галактики, а также продемонстрируют, как быстрые радиовсплески могут быть использованы для решения важных задач космологии — например, в определении массы нейтрино. Стандартная модель физики предсказывает, что у нейтрино не должно быть массы, однако наблюдения показывают, что она есть — пусть и крайне малая. Точное знание этой массы может привести к открытию новых физических законов, выходящих за рамки Стандартной модели.

Настоящий прорыв, впрочем, ожидается с вводом в строй нового, более мощного радиотелескопа DSA-2000, который сейчас планируется к строительству в пустыне Невада. Этот инструмент сможет локализовывать до 10 000 быстрых радиовсплесков в год, что значительно усилит их ценность как инструментов для изучения обычной материи и поможет глубже понять природу самих FRB.

На этой неделе из Китая в Бразилию морем отправлена чаша уникального радиотелескопа, который будет изучать свойства тёмной энергии и открывать другие тайны Вселенной. Это стало завершающим этапом изготовления астрофизических инструментов для проекта BINGO. Радиотелескоп будет собран в Бразилии далеко от цивилизации, чтобы минимизировать влияние помех на работу сверхчувствительных приборов.

Художественное представление радиотелескопа BINGO. Источник изображения: Коллаборация BINGO

Черновик проекта BINGO был представлен в 2011 году. К тому времени прошло всего 13 лет с момента открытия тёмной энергии — неизвестной силы, «расталкивающей» не связанные гравитацией галактики прочь друг от друга и с ускорением расширяющую нашу Вселенную. Сегодня это одна из важнейших тайн мироздания, которая далека от раскрытия. Считается, что тёмная энергия составляет 68 % всего, что есть материального во Вселенной. Радиотелескоп проекта BINGO должен помочь с её изучением.

BINGO — совместный проект Бразилии и Китая. Руководит коллаборацией ведущий бразильский астрофизик Карлос Александре Вуенше де Соуза (Carlos Alexandre Wuensche de Souza), старший научный сотрудник отдела астрофизики INPE (Национального института космических исследований в Бразилии). Непосредственно проектированием и изготовлением радиотелескопа занимались китайские учёные, которые во главу угла поставили простоту сборки конструкции на месте.

Радиотелескоп состоит из одной чашеобразной 40-метровой антенны и 28 «рупоров» — пакета из более мелких антенн. Система рассчитана на довольно широкий охват участка неба и одновременно на серию достаточно детализированных измерений в поле наблюдения. Прибор будет фиксировать барионные акустические колебания, полученные в результате комплексных наблюдений за нейтральным газом.

Барионные акустические колебания возникали примерно до 380 тыс. лет после Большого взрыва в процессе сжатия и расширения областей плазмы. Они по определённому закону распределили вещество в пространстве, и с тех пор это стало своего рода слепком колебаний, что нашло отражение, например, в распределении галактик. По сути — это своего рода космическая линейка для определения расстояний во Вселенной. Данные BINGO помогут с высокой точностью оценить скорость и степень расширения Вселенной и, следовательно, смогут подтолкнуть к получению более точного набора характеристик тёмной энергии.

К берегам Бразилии главная антенна радиотелескопа BINGO прибудет примерно через два месяца. Радиотелескоп будет построен в 2000 км от столицы страны. В строй его введут в 2026 году.

Стартовавший в 2016 году научный проект CLASS (Космологический обзор на больших угловых масштабах) стал первой успешной попыткой изучения реликтового излучения с помощью наземных телескопов. До этого в регистрации космического микроволнового фона — отголоска Большого взрыва, ознаменовавшего рождение нашей Вселенной, — преуспели лишь космические обсерватории. Сегодня проект CLASS поделился первыми результатами, проливающими свет на эпоху «Космического рассвета».

Источник изображения: Deniz Valle and Jullianna Couto

Коллаборация CLASS (Cosmology Large Angular Scale Surveyor) использует радиотелескопы, установленные высоко в горах Анд на севере Чили. Но даже туда микроволновому излучению из космоса пробиться крайне трудно — сигнал чрезвычайно слаб. Поляризованное микроволновое излучение, являющееся следствием Большого взрыва, ещё в миллион раз слабее. Различить его на фоне земных шумов долгое время считалось невозможным. До недавнего времени наиболее полные данные об этом излучении были получены исключительно с помощью космических обсерваторий ESA «Планк» и NASA WMAP. Подключение наземных инструментов к сбору столь редких данных — достижение, которое трудно переоценить.

После Большого взрыва Вселенная была заполнена плотным туманом из электронов, из-за которого фотоны не могли свободно распространяться. По мере расширения и охлаждения Вселенной протоны начали захватывать электроны, образуя нейтральные атомы водорода. Это позволило реликтовому микроволновому излучению свободно распространяться в пространстве. Когда во время «Космической зари» начали формироваться первые звёзды (примерно через 150 миллионов лет после Большого взрыва), их мощное излучение начало ионизировать водород — освобождать электроны. Так начался этап повторной ионизации — реионизации. Фотоны реликтового излучения начали сталкиваться с этими электронами, рассеиваться и приобретать поляризацию.

Группа CLASS оценила вероятность того, что фотон, возникший в результате Большого взрыва, столкнулся с одним из освобождённых электронов, проходя через облако ионизированного газа, и отклонился от своего исходного пути. Также исследователи сопоставили сигналы, полученные с наземных радиотелескопов, с данными обсерваторий «Планк» и WMAP, чтобы точнее выделить полезный сигнал. Это позволило отфильтровать помехи и получить данные, соответствующие поляризованным фотонам космического микроволнового фона.

Полученные результаты помогут более точно зафиксировать сигналы, исходящие от остаточного свечения Большого взрыва (космического микроволнового фона), и создать более чёткую картину ранней Вселенной.

«Более точное измерение сигнала реионизации — важнейшая задача исследований космического микроволнового фона, — поясняют учёные. — Для нас Вселенная — это как физическая лаборатория. Чем точнее мы измерим её параметры, тем лучше поймём природу тёмной материи и нейтрино — многочисленных, но неуловимых частиц, наполняющих космос. В будущем, анализируя собранные CLASS данные, мы надеемся достичь максимально возможной точности».

Коллаборация Cosmic Evolution Survey (COSMOS) выложила в открытый доступ наиболее полный на сегодняшний день обзор Вселенной с помощью приборов космической инфракрасной обсерватории имени Джеймса Уэбба. Онлайн-каталог оснащён интерактивным просмотрщиком для широкого круга пользователей и содержит файлы для просмотра специалистами и любителями в специальных программах для научной работы.

Источник изображений: NASA

База с возможностью поиска содержит изображения около 800 000 галактик. Для дополнительного изучения отдельно представлены снимки в ближнем (NIRCam) и среднем (MIRI) инфракрасных диапазонах. Описания включают полный фотометрический каталог и другие специальные данные, которые можно использовать для научных исследований. Никаких денег за информацию составители каталога не берут. Базой может воспользоваться любой желающий.

Это первый релиз каталога COSMOS по наблюдениям с телескопа «Уэбб». Исследование охватывает 0,54 градуса неба с помощью NIRCam (камеры для получения изображений в ближнем инфракрасном диапазоне) — это «примерно площадь трёх полных лун», и 0,2 квадратных градуса с помощью MIRI (камеры для получения изображений в среднем инфракрасном диапазоне). Насладиться снимками Вселенной можно по ссылке без необходимости регистрироваться на сайте.

Джеты чёрных дыр хорошо характеризуют эти необычные объекты во Вселенной — это мощнейшие выбросы энергии и частиц, которые косвенно свидетельствуют об интенсивности аккреции вещества на чёрные дыры. Однако в расчётах, связанных с джетами, всегда присутствовала значительная доля погрешности, поскольку угол выброса струи определялся с большой неточностью. Слабый, но направленный на Землю выброс выглядел ярче, чем более мощный, устремлённый в сторону. Решение этой проблемы нашли учёные из NASA.

Художественное представление джета из чёрной дыры и изображение реального объекта во врезке. Источник изображения: NASA

Космическая рентгеновская обсерватория NASA «Чандра» (Chandra) обнаружила две чёрных дыры (формально — это квазары) на расстоянии примерно 11 млрд световых лет от Земли. Это время так называемого космического полдня — периода, когда галактики и чёрные дыры развивались наиболее стремительно. Учёные давно изучают влияние чёрных дыр на формирование галактик. Мощные выбросы вещества из центров чёрных дыр, с одной стороны, вызывают отток газа из галактических ядер, с другой — способствуют звездообразованию на окраинах галактик (в их рукавах). Погрешности в определении угла наклона джетов мешали выстраиванию единой теории — и с этим, в конечном счёте, пришлось разобраться.

Один из джетов у обнаруженной пары сверхмассивных чёрных дыр оказался особенно ярким в непосредственной близости от объекта (джет J1610+1811). Более того, он был вдвое ярче, чем следовало бы исходя из зафиксированной интенсивности аккреционного диска. Расчёты показали, что причина — в остаточном микроволновом излучении после Большого взрыва, или реликтовом излучении. Высокая плотность микроволновых фотонов в ту эпоху «разгоняла» энергию джета и переводила вылетающие из чёрной дыры частицы в рентгеновский диапазон энергий.

Детальный анализ влияния реликтового излучения на релятивистские струи, разгоняющие частицы до 92–99 % скорости света, позволил применить статистический метод и с высокой точностью определить угол наклона джетов по отношению к Земле. Для обнаруженной пары чёрных дыр эти углы, с большой вероятностью, составляют 9 и 11 градусов. Предложенная методика поможет устранить систематическую ошибку в каталогах, где преобладают джеты, направленные в сторону нашей планеты.

Современная наука узнала так много, что во многих сферах начали проявляться контуры «конца истории». В свои рамки удалось втиснуть даже бесконечную Вселенную. В частности, учёные десятилетиями разрабатывали гипотезы с прогнозами сроков смерти Вселенной и считали её весьма отдалённой. Новая работа значительно приближает это событие и делает это довольно обоснованно.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Новые сроки смерти Вселенной определили учёные из Университета Радбауд (Radboud University) в Нидерландах. Ещё в 2023 году эта группа исследователей опубликовала работу, в которой доказала, что гипотетическое излучение Хокинга — квантовый процесс испарения чёрной дыры — присуще любым телам во Вселенной, а не только чёрным дырам с горизонтом событий. Они показали, что испариться может не только чёрная дыра. Этот процесс сопровождает любое искривление пространства-времени и может происходить в случае гало тёмной материи, нейтронной звезды, белого карлика, Луны и даже тела человека — если бы оно могло существовать достаточно долго.

На основе этого исследования учёные предполагают, что объекты во Вселенной и сама Вселенная исчезнут раньше, чем произойдёт теоретически предсказанная смерть протонов и распад белых карликов. А протоны, по последним расчётам, могут существовать до 10¹¹⁰⁰ лет. Чтобы Вселенная прекратила существование, достаточно испарения материальных объектов в ней, включая белые карлики. Излучение Хокинга поспособствует этому, причём процесс будет относительно быстрым.

Известно, что чем плотнее объект, тем сильнее его гравитационное поле. Самыми плотными считаются чёрные дыры, затем — нейтронные звёзды, и далее — белые карлики. Это означает, что белым карликам потребуется больше всего времени на испарение. Именно это время учёные приняли за оставшийся срок жизни Вселенной.

Расчёты показывают, что чёрные дыры звёздной массы и нейтронные звёзды испаряются примерно за одинаковый срок — от 10⁶⁷ до 10⁶⁸ лет. Это объясняется тем, что часть частиц, возникающих в процессе излучения Хокинга, возвращается обратно в чёрную дыру, чего не происходит в случае нейтронных звёзд. Это создаёт своеобразный паритет по времени испарения между чёрными дырами звёздной массы и нейтронными звёздами.

Для среднего белого карлика расчётная продолжительность жизни составила 10⁷⁸ лет — именно это считается приблизительным верхним пределом продолжительности существования обычной материи во Вселенной. Эти сроки значительно ближе, чем установленный ранее теоретиками верхний предел в 10¹¹⁰⁰ лет.

К счастью, у человеческого тела запас теоретической прочности выше — до 10⁹⁰ лет. Даже бессмертие будет иметь свои пределы. Испарение Луны займёт около 10⁸⁹ лет. Сверхмассивная чёрная дыра будет испаряться около 10⁹⁶ лет, а гигантское гало из тёмной материи, окружающее сверхскопление галактик, — до 10¹³⁵ лет.

Кстати, из расчётов следует, что ископаемые остатки звёзд из предыдущей Вселенной могут присутствовать в нашей только в том случае, если интервал между циклами звездообразования во Вселенных составляет менее 10⁶⁸ лет. Было бы занятно найти белый карлик из предыдущей Вселенной или отправить наш в будущую — но это уже совсем другая история.

Легендарную фразу Галилео Галилея «И всё-таки она вертится!», якобы сказанную после суда инквизиции над ним за опровержение геоцентрической модели Солнечной системы, возможно, вскоре можно будет применить ко всей Вселенной. Признаки её вращения уже выявлялись учёными, а новая работа стала первым шагом к моделированию этого явления.

Снимок земного неба с длительной экспозицией. Источник изображения: KPNO/NOIRLab

Ранее уже публиковались работы, заставляющие задуматься о возможном вращении всего нашего мироздания. В частности, в феврале 2025 года по результатам наблюдений обсерватории «Джеймс Уэбб» было проведено исследование, которое показало резкий дисбаланс в направлениях вращения галактик в ранней Вселенной. В случае невращающейся Вселенной чисто статистически направления вращения галактик должны были бы распределяться примерно поровну. На практике оказалось, что около 75 % галактик вращается в одном направлении, а около 25 % — в другом. Млечный Путь, кстати, входит в те самые 25 % «неправильно» вращающихся галактик.

Преобладание одного направления вращения галактик может указывать на то, что вещество в пространстве до образования звёзд и галактик уже вращалось — и с предельно возможной скоростью, что также задало импульс вращения более сложной материи, появившейся во Вселенной. Но даже за 13,8 млрд лет своего существования Вселенная не успела совершить и одного полного оборота. На это могут уйти триллионы лет.

Строго говоря, в новой работе учёные не пытались создать максимально полную модель вращающейся Вселенной. Эта задача будет решаться на следующих этапах исследований. Пока они лишь продемонстрировали влияние вращения Вселенной на постоянную Хаббла — величину, характеризующую скорость её расширения, которая остаётся одной из главных загадок современной космологии. Точнее, с помощью гипотезы о вращающейся Вселенной учёные попытались объяснить так называемую «напряжённость Хаббла» — расхождение между скоростью расширения Вселенной в раннюю эпоху и в современную.

Кривой показано изменение постоянной Хаббла в случае вращающейся Вселенной. Источник изображения: MNRAS 2025

Моделирование блестяще справилось с поставленной задачей. Если Вселенная действительно вращается, это может объяснить, почему скорость её расширения в первые миллионы лет была немного ниже, чем та, что наблюдается сегодня. Более того, модель вращающейся Вселенной остаётся непротиворечивой с другими космологическими моделями её развития. Исследователи обещают создать более точную модель, чтобы в дальнейшем искать подтверждение гипотезы о вращении во всём массиве астрономических наблюдений.

Группа британских учёных создала самое глубокое изображение Вселенной в дальнем инфракрасном диапазоне, объединив в одном кадре 141 отдельное изображение в каждом из трёх цветовых каналов: синем, зелёном и красном. Это позволило открыть ранее невидимый новый класс тусклых галактик. Если такие «скрытые» галактики распространены повсеместно, это может объяснить целый ряд пока неразрешимых загадок Вселенной.

Тёмный участок неба оказался полон галактиками. Источник изображения: Chris Pearson

Вся информация была взята из архива космической обсерватории «Гершель» (Herschel), которую Европейское космическое агентство эксплуатировало с 2009 по 2013 год. Глубокое изображение Вселенной создано на основе калибровочных снимков камеры SPIRE этой обсерватории. Примерно раз в месяц камера, для проверки чувствительности, направлялась на один и тот же участок неба, где, как считалось, почти ничего нет. В результате за четыре года работы обсерватории было сделано 141 изображение в синем (250 мкм), зелёном (350 мкм) и красном (500 мкм) канале. Повторить эксперимент невозможно, поэтому главные открытия, возможно, ещё впереди.

На объединённом изображении проявились 2000 ранее невидимых в этом месте далёких галактик и групп галактик. Они расположились фактически сплошным ковром, сливаясь с фоном в случае самых тусклых объектов. Обнаружение такого количества нового класса слабосветящихся галактик становится ключом к более ясному пониманию эволюции звёзд, галактик и Вселенной. Например, сегодня астрономы не могут объяснить избыток инфракрасного света во Вселенной: энергии регистрируется намного больше, чем наблюдается светящихся объектов. Присутствие глубоко скрытых галактик способно объяснить эту загадку.

Для создания более полной картины мироздания, очевидно, необходимы новые наблюдения и, в частности, новое поколение космических телескопов для дальнего инфракрасного диапазона. Один из таких проектов рассматривается NASA — это обсерватория PRIMA стоимостью около $1 млрд с диаметром зеркала 1,8 м. Однако проект пока не утверждён и может уступить место какой-либо другой, более востребованной программе или инструменту.

Ожидалось, что в ранней Вселенной будут лишь молодые и активные галактики, но новые наблюдения это опровергли. Инфракрасная космическая обсерватория имени Джеймса Уэбба обнаружила в первый миллиард лет после Большого взрыва неожиданно много умирающих галактик, в которых перестали рождаться новые звёзды. Разница между теорией и наблюдениями потрясла учёных, что вынуждает пересмотреть представления об эволюции Вселенной.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Задачей поиска умирающих или спящих галактик (quiescent galaxies), в частности, занимались учёные в рамках европейской широкомасштабной программы RUBIES («Красные неизвестные: яркий инфракрасный внегалактический обзор»), которая опиралась на данные прибора NIRSpec телескопа «Джеймс Уэбб». Программа позволила собрать спектроскопические наблюдения нескольких тысяч галактик, включая сотни недавно открытых «Уэббом» объектов.

Анализ спектров показал, что в первый миллиард лет после Большого взрыва фактическое количество умирающих галактик было в 100 раз больше теоретических предсказаний, а это повод задуматься о верности существующих теорий об эволюции звёзд, галактик и Вселенной. Судя по всему, земная наука неверно оценивает влияние звёздного ветра и активности чёрных дыр на процессы звездообразования в первых галактиках. Всё это способно намного раньше остановить рождение новых звёзд и привести галактики к угасанию.

В данных «Уэбба» сотрудники Женевского университета (UNIGE), возглавляющие программу RUBIES, обнаружили рекордсменку — самую древнюю из угасших галактик. Это объект RUBIES-UDS-QG-z7, который выглядит умершим уже через 700 млн лет после Большого взрыва (красное смещение 7,29). Моделирование на основании полученных «Уэббом» данных показало, что галактика сформировала звёздную массу свыше 10 млрд солнечных масс в течение первых 600 млн лет после Большого взрыва и затем быстро прекратила процесс звездообразования.

Спектр далёкой угасшей галактики — по центру изображения. Источник изображения: NASA

Сделанное открытие наводит на ещё одно важное заключение. Галактика RUBIES-UDS-QG-z7 имеет небольшой размер — всего около 650 световых лет — при этом сохраняет высокую плотность звёздной массы, сопоставимую с центральными областями современных галактик. Учёные предполагают, что угасшие ещё в ранней Вселенной галактики могли стать ядрами массивных галактик последующих эпох, включая нашу. Это ещё один повод пересмотреть представления о настоящей эволюции Вселенной, которую земная наука, похоже, до сих пор понимала не совсем верно.

12 марта 2025 года на солнечно-синхронную полярную орбиту Земли была выведена новая обсерватория NASA — SPHEREx. Это почти «родственник» телескопа «Джеймс Уэбб», поскольку SPHEREx будет работать в ближнем инфракрасном диапазоне. Более того, новая обсерватория снимет Вселенную одновременно на 102 длинах инфракрасных волн, создав наиболее детальную инфракрасную карту Млечного Пути.

Художественное представление SPHEREx. Источник изображения: NASA

До конца апреля, а возможно, и дольше, обсерватория SPHEREx будет охлаждать свои детекторы, которые смогут улавливать свет в «тепловом» инфракрасном диапазоне. Каждый из шести детекторов обсерватории чувствителен к 17 длинам волн, вместе они фиксируют фотоны на 102 частотах невидимого для человеческого глаза света. Общая ширина кадра достигает 20 полных лун. Первый полный обзор неба SPHEREx создаст уже за первые шесть месяцев работы. Всего обсерватория должна проработать 25 месяцев.

Первые тестовые снимки обсерватория SPHEREx прислала в конце марта. Их качество говорит о том, что инструменты способны фокусировать далёкий свет, создавая чёткие изображения. Нюанс в том, что фокусировка могла быть настроена только в земных условиях, а после запуска в космос инженерам пришлось работать с тем, что получилось — без права на ошибку. NASA заявляет, что результат оправдал ожидания.

Обсерватория SPHEREx также будет искать следы воды во Вселенной и органику в виде ряда базовых соединений углерода. Перед ней также стоит задача изучения эволюции галактик — для этого она соберёт данные о более чем 450 млн объектов. Ожидается, что к концу апреля SPHEREx сможет делать до 600 снимков неба в сутки. Благодаря широкоугольной камере этот инструмент может стать помощником «Уэбба», подбирая для него наиболее интересные цели.

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» помогла сделать новое и совершенно неожиданное открытие — она зафиксировала свет от галактики в ранней Вселенной, который, согласно всем известным нам законам, не должен был попасть на её датчики. Это открытие позволяет по-новому взглянуть на ранние этапы эволюции звёзд и галактик во Вселенной, что должно оказать критическое влияние на научное понимание этих процессов.

Источник изображений: NASA

Опубликованная в журнале Nature работа посвящена анализу галактики JADES-GS-z13-1. Этот объект был обнаружен «Уэббом» через 330 млн лет после Большого взрыва. Это было время, когда видимый свет (от первых звёзд и галактик) ещё с трудом распространялся по Вселенной. До появления прозрачной Вселенной с чрезвычайно разреженным молекулярным водородом оставалось ещё около 700 млн лет. Зафиксированный «Уэббом» сигнал от галактики JADES-GS-z13-1 был бы характерен для более позднего периода эволюции Вселенной, и его появление, а также сам факт обнаружения на столь раннем этапе мироздания поставили учёных в тупик.

Речь идёт о фиксации линии Лайман-альфа у галактики JADES-GS-z13-1 — это спектральная линия ультрафиолетового излучения водорода с длиной волны 121,6 нанометра. Она возникает, когда электрон в атоме водорода переходит с первого возбуждённого уровня на основной, испуская фотон. В ранней Вселенной ультрафиолетовые фотоны этой линии поглощались нейтральным водородом, что создавало характерные следы в спектре излучения далёких объектов. Учёные не ожидали увидеть эту линию у галактики, существовавшей через 330 млн лет после Большого взрыва. Она могла быть обнаружена лишь в пузыре прозрачности диаметром 650 тыс. световых лет. Однако «Уэбб» зафиксировал всплеск этого света спустя 13,4 млрд лет! Это стало загадкой для исследователей, у которых пока нет однозначного ответа на этот феномен.

Существует два возможных объяснения наблюдаемого явления. Во-первых, оно может быть следствием чрезвычайной активности чёрной дыры в галактике. Во-вторых, в далёкой галактике может находиться аномально большое количество сверхмассивных звёзд, каждая из которых в 100–300 раз превышает массу Солнца. Однако обе гипотезы пока не имеют достаточных подтверждений, чтобы одна из них могла считаться окончательной. Учёные продолжат наблюдение за этой далёкой галактикой и надеются открыть другие подобные объекты. Это станет неоценимым вкладом в понимание процессов, происходивших в ранней Вселенной, откуда внятные сигналы доходят до нас с большим трудом.

Год назад космический телескоп «Джеймс Уэбб» открыл в ранней Вселенной новые объекты, которые назвали «маленькие красные точки» (Little Red Dots, LRD). На датчиках обсерватории они буквально выглядели как точки с предельно большим красным смещением. С тех пор учёные выдвинули ряд гипотез о природе этих объектов, что позволяет находить объяснение их происхождению. Новая работа проливает больше света на эту загадку ранней Вселенной.

Источник изображения: ИИ-генерация Grok 3/3DNews

Первым и во многом верным предположением стало то, что «маленькие красные точки» — это активные ядра галактик (квазары). Особенность LRD заключалась в том, что, в отличие от квазаров, они очень слабо излучали в радиодиапазоне и рентгеновском спектре. Сверхмассивные чёрные дыры, находящиеся внутри далёких галактик, так себя не ведут — они буквально пылают в рентгеновском диапазоне.

Одна из вещей, которую учёные быстро выяснили об этих объектах, — их спектры сильно расширены из-за эффекта Доплера. Это указывает на то, что газ, излучающий свет, вращается вокруг центральной области с огромной скоростью — более 1000 километров в секунду.

Для углублённого изучения «маленьких красных точек» учёные воспользовались приборами «Уэбба» и собрали спектры высокого разрешения для 12 таких объектов. Затем полученные данные сравнили с моделями сверхмассивных чёрных дыр. Анализ показал, что всё может происходить внутри молодого галактического облака. Внутри галактики с очень большой скоростью должен вращаться диск аккреции, окружающий чёрную дыру. При этом галактическое облако должно быть сильно ионизированным. В таком случае окружающее галактику плотное облако свободных электронов действительно поглощало бы большую часть рентгеновского и радиоизлучения.

С другой стороны, чтобы LRD достигли наблюдаемой светимости в инфракрасном диапазоне, мощность излучения чёрной дыры должна быть на максимальном уровне. Наблюдения показывают, что эта мощность близка к пределу Эддингтона, после которого чёрная дыра своим «светом» просто разогнала бы вещество вокруг себя и галактики, включая ионизированный газ, маскирующий рентгеновское и радиоизлучение.

Некоторые из открытых галактик «маленьких красных точек». Источник изображения: NASA

Всё это говорит о том, что «маленькие красные точки» — это очень молодые сверхмассивные чёрные дыры, которые быстро растут и достигают зрелости. Это подтверждается оценками их массы, согласно которым она составляет от 10 000 до 1 000 000 солнечных масс, что намного меньше, чем у типичных сверхмассивных чёрных дыр. Эта модель также помогает объяснить, почему мы не видим более близких LRD с меньшим красным смещением. В процессе своей бурной эволюции, работая на пределе мощности, они быстро рассеивают окружающее их ионизированное облако и превращаются в типичные квазары, которых во Вселенной предостаточно и к которым учёные давно привыкли.

Космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба вновь продемонстрировала свои выдающиеся возможности передового инструмента. С её помощью получен самый детализированный снимок новой области звёздообразования, наполненный динамикой движения облаков пыли и газа под воздействием излучения новорождённых светил. Совершенно случайно в кадр попала древняя галактика, создав эффект «глаза торнадо» и символически объединив прошлое и будущее — старые звёзды с молодыми.

Источник изображения: NASA

Телескоп «Уэбб» запечатлел область Herbig-Haro 49/50 в нашей галактике. В нижнем левом углу изображения находится новорождённая звезда Cederblad 110 IRS4 (CED 110 IRS4). Ранее эту область снимал телескоп NASA «Спитцер», однако его изображение содержало мало деталей, а также демонстрировало «размытый объект» на кончике «торнадо». Снимок «Уэбба» в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне позволил рассмотреть множество важных деталей в структуре облаков пыли и газа. При этом «размытый объект» оказался спиральной галактикой, удачно попавшей в кадр в необычной перспективе.

Слева изображение «Спитцера», справа — «Уэбба»

«”Уэбб” запечатлел эти два не связанных между собой объекта в удачный момент, — пояснила команда телескопа. — На протяжении тысяч лет край HH 49/50 будет расширяться и в конечном итоге закроет собой далёкую галактику».

На полученном снимке оранжевым цветом обозначен молекулярный водород, а красным — монооксид углерода. Эти газы нагреваются под воздействием энергии струй соседней новорождённой звезды, приводя облака в движение. Кажущийся хаос подчиняется электромагнитному полю звезды и её излучению — всё это позволяет учёным наблюдать процесс, который во многом напоминает рождение нашей Солнечной системы.

Наблюдения последних лет часто ставят астрономов в тупик, доказывая ошибочность понимания эволюции ранней Вселенной. Звёзды и галактики в первый миллиард лет после Большого взрыва развивались неожиданно быстро, что невозможно объяснить принятыми в космологии моделями. В этот ряд попало и новое открытие — неожиданно большая концентрация кислорода в самой древней из найденных во Вселенной галактик.

Художественное представление галактики JADES-GS-z14-0. Источник изображения: ESO

Галактика JADES-GS-z14-0 была открыта космической инфракрасной обсерваторией «Джеймс Уэбб». К лету 2024 года открытие было подтверждено по спектральным данным. Оказалось, что этот неожиданно крупный и яркий объект обнаружен всего через 290 млн лет после Большого взрыва. Это само по себе вызвало недоумение, поскольку современные модели не предполагают такого быстрого развития звёзд и галактик. Очевидно, что земная наука что-то упускает в оценке эволюции Вселенной.

Галактика JADES-GS-z14-0 не могла не вызвать растущего интереса учёных — это как обнаружить подростка в ясельной группе, поясняют исследователи. Поэтому для углублённого анализа химического состава этой «галактики-переростка» был использован радиотелескоп Atacama Large Millimeter/submillimeter Array в Чили. Наблюдения в радиоволновом диапазоне позволяют уловить спектры излучения холодных атомов, в отличие от инфракрасного и видимого излучения, которые фиксируют значительно более высокие уровни энергии.

Сигналы, полученные от галактики JADES-GS-z14-0, ошеломили исследователей. Уровень молекулярного кислорода в ней в десять раз превысил допустимый в моделях эволюции звёзд. Кислород и другие элементы, тяжелее водорода и гелия, образуются в недрах звёзд в результате ядерного синтеза. В межзвёздное пространство они попадают после смерти таких звёзд во время взрывов сверхновых. Иными словами, это крайне медленный процесс. Поэтому запредельный уровень кислорода в JADES-GS-z14-0 всего через 290 млн лет после Большого взрыва остаётся загадкой, на которую у учёных пока нет ответа. Для его поиска потребуются новые масштабные наблюдения.

Учёные завершили обработку данных, собранных за последние годы наблюдений за небом Атакамским космологическим телескопом (ACT) в Чили. Этот телескоп пришёл на смену космической обсерватории «Планк», первой создавшей карту реликтового излучения Вселенной. Новые изображения повысили чёткость картины распределения плазмы и газа в «детские» годы развития Вселенной — примерно через 380 тыс. лет после Большого взрыва.

Источник изображений: ACT Collaboration

«Мы видим “первые шаги” Вселенной на пути к созданию самых ранних звёзд и галактик. И это не просто свет и тьма — это поляризация света в высоком разрешении», — пояснила директор телескопа ACT и профессор Принстонского университета Сюзанна Стэггс (Suzanne Staggs).

Определение поляризации реликтового микроволнового излучения позволяет с высокой детализацией изучить распространение ионизированного водорода и гелия в первые минуты жизни Вселенной по космологическим меркам. Из этих веществ позже сформировались первые звёзды, а затем и галактики. Полученная информация также даёт представление о распределении тёмной материи, которая собирала видимое вещество вокруг своих сгустков и, фактически, способствовала формированию всего, что мы наблюдаем.

Отдельно учёные подчеркнули сохранение так называемой напряжённости Хаббла — расхождения в измерении скорости расширения Вселенной по реликтовому излучению (в ранней Вселенной) и по наблюдениям звёзд и галактик в наши дни. Это расхождение не исчезло, а новые данные ACT в реликтовом микроволновом диапазоне в целом соответствуют показаниям, полученным ранее с «Планка».

Атакамский космологический телескоп был построен в 2007 году на вершине горы Серро-Токо в чилийской пустыне Атакама и завершил работу в 2022 году. Представленные недавно данные относятся к последним годам его наблюдений в период с 2017 по 2022 годы. Анализ полученной информации продлится много лет, предоставляя учёным обширный материал для новых открытий.