Астрономы с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) обнаружили самую далёкую из известных на сегодняшний день галактик — объект MoM-z14. Свет от неё шёл к Земле около 13,5 миллиарда лет, а сама галактика существовала всего через 280 миллионов лет после Большого взрыва. Для сравнения: Млечный Путь начал формироваться примерно через 800 миллионов лет после рождения Вселенной.

Возраст и расстояние до MoM-z14 удалось точно определить с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона NIRSpec. Анализ спектра показал рекордное красное смещение z = 14,44 — это означает, что объект наблюдается в эпоху Космического рассвета, когда во Вселенной только начинали загораться первые звёзды и формироваться галактики.

Неожиданностью для учёных стала высокая яркость MoM-z14. Абсолютная ультрафиолетовая светимость галактики составляет около −20,2 звёздной величины, что делает её слишком яркой для столь раннего этапа эволюции Вселенной. По оценкам исследователей, плотность подобных ярких объектов на этом расстоянии оказалась в 182 раза выше, чем предсказывали модели, разработанные до запуска JWST. Это противоречит представлениям о том, что в первые сотни миллионов лет галактики должны быть маломассивными и слаборазвитыми.

Спектроскопические данные показывают, что в MoM-z14 происходит крайне интенсивное звездообразование. За последние 5 миллионов лет его темпы выросли почти в 10 раз по сравнению с предыдущими эпохами. Ультрафиолетовый спектр указывает на преобладание массивных молодых звёзд и почти полное отсутствие пыли, что позволяет свету свободно выходить из галактики и делает её заметной для наблюдений.

Изображение: NASA, ESA, CSA, STScI, Rohan Naidu (MIT); Joseph DePasquale

Дополнительный интерес представляет химический состав объекта. В спектре обнаружены линии азота с необычно высоким соотношением по отношению к углероду. При столь малом возрасте галактики обычные процессы эволюции звёзд не успели бы создать такое количество азота. Учёные предполагают, что в ранней Вселенной могли существовать сверхмассивные звёзды, способные быстрее синтезировать тяжёлые элементы. Похожие химические аномалии встречаются в самых древних звёздах Млечного Пути.

Анализ наблюдений показал, что MoM-z14 имеет очень компактную структуру: её эффективный радиус составляет около 70 парсеков, а форма заметно вытянута. Это позволяет исключить доминирующее влияние активного ядра и указывает на то, что основной источник излучения — плотное скопление молодых звёзд. По своей природе объект может быть близок к прототипам будущих шаровых скоплений.

Наблюдения также свидетельствуют, что вокруг галактики уже сформировалась область ионизированного газа. В спектре отсутствует характерное поглощение нейтральным водородом, что говорит о начале процесса реионизации — перехода ранней Вселенной из «туманного» состояния в прозрачное. Это подтверждает, что реионизация могла начаться раньше и проходить более неравномерно, чем предполагалось ранее.

По словам ведущего автора работы Рохана Найду из Массачусетского технологического института, MoM-z14 показывает, что ранняя Вселенная была гораздо более активной и сложной, чем ожидалось. Объект заставляет пересматривать сценарии формирования первых галактик, темпы накопления массы и роль массивных звёзд в химической эволюции космоса. Подобные находки могут существенно изменить понимание самых ранних этапов истории Вселенной.