Вебб за допомогою космічного "збільшувального скла" виявив групу зірок на відстані 6,5 мільярдів світлових років

За допомогою космічного телескопа "Джеймс Вебб" (JWST) дослідницька група спостерігала групу зірок у галактиці, розташованій так далеко, коли Всесвіт був вдвічі молодшим за його сучасний вік.

Про це розповідають OstanniPodii.

Міжнародна команда астрономів виявила понад 40 окремих зірок у галактиці, розташованій на відстані 6,5 мільярдів світлових років від Землі. Відкриття такої кількості зірок в одній галактиці на такій великій відстані є безпрецедентним, оскільки попередні спостереження зазвичай виявляли лише одну або дві зорі на таку галактику.

Астрономи завжди прагнули вивчати далекі галактики з такою ж деталізацією, як і галактики у нашому космічному сусідстві. Але відстань насправді не працює таким чином. Неосяжний космос перетворив ці далекі скупчення на розмиті плями світла. Тепер дослідники знайшли розумний обхідний шлях завдяки поєднанню потужності JWST і надзвичайного космічного вирівнювання.

"Для нас галактики, які знаходяться дуже далеко, зазвичай виглядають як розпливчасті, нечіткі згустки", - каже Йошинобу Фудамото, доцент Університету Чіба в Японії, запрошений науковий співробітник Обсерваторії Стюарда Університету Аризони та керівник дослідження, опублікованого в журналі Nature Astronomy. "Але насправді ці згустки складаються з багатьох, багатьох окремих зірок. Ми просто не можемо розрізнити їх за допомогою наших телескопів".

Однак, завдяки явищу, передбаченому Ейнштейном -- гравітаційному лінзуванню -- у поєднанні з надзвичайними здібностями JWST, астрономи тепер можуть бачити те, що раніше вважалося недосяжним.

"Я вражений тим, як гравітаційне лінзування стало корисним інструментом для вивчення різних астрофізичних явищ", - сказав Сет Коен, молодший науковий співробітник Школи дослідження Землі й космосу Університету штату Аризона та співавтор дослідження.

Далека Дуга Дракона

Значна частина успіхів була досягнута завдяки космічному ефекту, спричиненому проміжним скупченням галактик -- Abell 370. Через своє гравітаційне тяжіння це галактичне скупчення вигинає й збільшує світло від більш віддаленої галактики, яку прозвали Дугою Дракона за її витончено витягнуту форму.

Зараз зображення Дуги Дракона є у такій роздільній якості, що астрономи можуть навіть ідентифікувати багато зірок індивідуально, вимірюючи їхню яскравість, температуру та можливу стадію еволюції. Оскільки це скупчення дуже старе, нові дослідження проливають світло на те, як могло відрізнятися зореутворення, коли Всесвіт був удвічі молодший за нинішній вік. Дослідники також помітили кілька "зірок-ізгоїв", які блукають у Всесвіті поза галактиками.

"Всередині скупчення галактик є багато зірок, які не пов'язані з жодною галактикою", - каже співавтор дослідження Ейічі Егамі, професор з Обсерваторії Стюарда. "Коли одна з них проходить перед фоновою зорею у далекій галактиці на лінії видимості із Землею, вона діє як мікролінза, на додаток до мікролінзового ефекту скупчення галактик в цілому".

Однак макролінзи скупчення галактик, хоч і потужні, все одно не можуть самі собою створити таку дивовижну деталізацію. Саме тут вступає в дію мікролінзування.

Збільшення Всесвіту

Мікролінзування -- це астрономічний метод пошуку далеких об'єктів, таких як планети та зорі, шляхом спостереження за тим, як їхня гравітація змінює світло від фонової зорі. Коли одна зоря рухається перед іншою з нашого погляду, зоря в центрі викривляє світло від зорі на задньому плані, змушуючи зорю на задньому плані виглядати яскравіше.

Порівнюючи знімки JWST, зроблені в грудні 2022 року та знову в грудні 2023 року, астрономи виявили, що десятки зірок, здавалося, блимають, а потім зникають по всьому простору Дуги Дракона.

Дані дослідження показують, що багато з цих збільшених зірок є червоними гігантами або надгігантами -- масивними, яскравими зорями, які зазвичай залишаються невидимими для нас на космологічних відстанях. Ці зорі мають температуру поверхні приблизно від 3 000 до 4 000 Кельвінів, що означає, що вони є зрілими, холодними зорями, здатними випромінювати велику кількість світла в інфрачервоному діапазоні.

Ці збільшені зорі являють собою більше, ніж просто прорив у спостереженнях. Вони можуть слугувати пробними маяками для вирішення одного з найскладніших завдань сучасної фізики: визначення природи та розподілу темної матерії.

Лінзування космосу за допомогою темної матерії

Вивчення мікролінзових зірок у Дузі Дракона відкриває нові можливості для розуміння природи темної матерії -- загадкового типу матерії, яка, здавалося б, поширена у Всесвіті. Ідентифікуючи збільшені зорі завдяки гравітаційному впливу скупчення галактик Abell 370, дослідники можуть вивчати темну матерію на субгалактичних масштабах. Ці зорі, розташовані поблизу критичних кривих, де гравітаційне лінзування найбільш інтенсивне, дозволяють вченим скласти карту розподілу субгало темної матерії -- невеликих, щільних згустків темної матерії, які спотворюють шляхи світла.

Деякі події мікролінзування були виявлені в несподіваних місцях, що свідчить про наявність структур темної матерії, які відхиляються від сучасних моделей. Це відкриття кидає виклик розумінню поведінки й розподілу темної матерії, пропонуючи унікальний спосіб перевірити теорії, що конкурують, про її склад, наприклад, чи складається вона з компактних об'єктів, чи з дифузних частинок.

Відстежуючи мінливість цих зірок, вчені можуть вдосконалити моделі лінзування та отримати чіткіше уявлення про роль темної матерії у формуванні Всесвіту. Дослідження демонструє потужність часових спостережень JWST, відкриваючи нові можливості для вивчення невидимої матерії, яка становить більшу частину маси Всесвіту.

У міру того, як астрономи вдосконалюватимуть свої методи й використовуватимуть повторні спостереження, вони можуть відкрити цілі популяції далеких зірок і, можливо, навіть побачити проблиски зірок Популяції Три -- першого покоління, сформованого після Великого Вибуху. Хоча відкриття Дуги Дракона є надзвичайним саме по собі, воно натякає на те, що ми тільки починаємо використовувати можливості JWST для дослідження часової області.

"Коли в 2018 році ми передбачили, що зорі в галактиках на космологічних відстанях можна буде спостерігати за допомогою "Вебба" індивідуально... я ніколи не мріяв, що "Вебб" побачить їх у такій великій кількості", - сказав професор-регент Університету штату Аризона та співавтор дослідження Роджер Віндхорст. "І ось ми спостерігаємо ці зорі, які з'являються й зникають на знімках, зроблених з різницею лише в один рік, як світлячки вночі. Вебб продовжує дивувати всіх нас".