Две галактики, увеличенные гравитационной линзой, обладают свойствами, которые подтверждают базовый сценарий формирования галактик, описанный в теории Большого Взрыва.

С помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) были обнаружены две самые отдалённые галактики с красным смещением 13.079 и 12.393. Это открытие поддерживает теорию Большого Взрыва и ещё раз подтверждает картину формирования галактик.

Открытие стало возможным благодаря гравитационной линзе в роли которой выступило галактическое скопление Abell 2744, также известное как «Скопление Пандоры». Это скопление находится на расстоянии около 3,5 миллиардов световых лет от нас и его гравитационное поле искривляет структуру пространства-времени таким образом, что «увеличивает» отдалённые галактики. С помощью JWST и его способности исследовать ранние галактики, увеличенные этой гравитационной линзой, исследователь Бинджи Ван из Пеннского государственного университета и её коллеги из программы JWST UNCOVER, смогли обнаружить эти две галактики с самым высоким красным смещением.

Взгляд JWST на «Скопление Пандоры», которое послужило гравитационной линзой для обнаружения новых галактик. Источник: NASA, ESA, CSA, I. Labbe (Swinburne University of Technology), R. Bezanson (University of Pittsburgh), A. Pagan (STScI)

Космологическое красное смещение возникает из-за расширения Вселенной. Чем дальше галактика, тем больше расширялась Вселенная во время того, как свет этой галактики преодолевал пространство, чтобы достичь наших детекторов. Галактики, существовавшие всего через 300-400 миллионов лет после Большого Взрыва, излучают в инфракрасном спектре, который невидим для человеческого глаза, но доступен для наблюдения с помощью камеры NIRCam и спектрометра NIRspec JWST.

Исследователи смогли идентифицировать увеличенные изображения этих двух галактик с высоким красным смещением — UNCOVER-z13 и UNCOVER-z12 («z» указывает на красное смещение, этой буквой его принято обозначать в астрофизике). UNCOVER-z13 имеет красное смещение 13.079, что делает её второй самой отдалённой галактикой, известной на сегодняшний день. Мы видим её такой, какой она была всего через 330 миллионов лет после Большого Взрыва. Самая отдалённая подтвержденная галактика, JADES-GS-z13-0, имеет красное смещение 13.2 JWST обнаружил её в 2022 году.

Вторая галактика, UNCOVER-z12, имеет красное смещение 12.393 и занимает четвёртое место в списке самых отдалённых галактик. Мы видим её такой, какой она была всего через 350 миллионов лет после Большого Взрыва.

Эти две галактики выделяются из-за своего внешнего вида, — в отличие от других галактик с сопоставимыми красными смещениями, они не кажутся маленькими точками. Напротив, галактика UNCOVER-z12 имеет диск диаметром приблизительно 2,000 световых лет, что в шесть раз больше, чем у других галактик, наблюдаемых в этом периоде.

«Эти две галактики имеют очень разные свойства. Их различие станет предметом дальнейших исследований. Мы ожидали, что эти галактики формируются из похожих материалов, но уже сейчас мы видим значительные различия между ними», — отметила Бинджи Ван.

Несмотря на эти различия в свойствах галактик, обе полностью соответствуют модели Большого Взрыва, даже на таком раннем этапе Вселенной. Модель объясняет, как после создания Вселенной галактики медленно росли, объединялись с другими галактиками и газовыми облаками, и активно формировали звёзды.

Этот рост способствовал увеличению разнообразия элементов, содержащихся в молодых галактиках, и внесению в них тяжёлых элементов — более тяжёлых, чем водород и гелий. Галактики, обнаруженные проектом UNCOVER JWST, являются молодыми и маленькими с низкой концентрацией тяжёлых элементов, и активно формируют звёзды, подтверждая теорию Большого Взрыва, как заметил Джоэль Лежа, член команды Ван.

JWST имеет возможность обнаруживать галактики с ещё более высоким красным смещением, чем UNCOVER-z13 и -z12. Но они не были захвачены гравитационной линзой, созданной «Кластером Пандоры».