Путешествие к краю Вселенной: сколько световых лет от нас до самой далекой из известных галактик
Заглянуть в космос — значит оглянуться назад во времени. Скорость света постоянна: когда мы смотрим на объект, находящийся, например, в 100 световых годах от нас, мы видим его таким, каким он был 100 лет назад. Таким образом, если мы будем изучать объекты на расстоянии миллиардов световых лет от нас, то сможем получить представление о том, как Вселенная выглядела в первые годы своего существования.
Международная группа астрономов довела эти поиски до логического завершения, измерив расстояние до самой далекой известной галактики более точно, чем когда-либо прежде. GN-z11 находится на расстоянии 13,4 миллиарда световых лет от нас, поэтому мы можем наблюдать Вселенную такой, какой она была всего через 420 миллионов лет после Большого взрыва. На тот момент возраст Вселенной составлял всего 3% от нынешнего, что и делает эту галактику самой старой из изученных.
И вот тут мы сталкиваемся с парадоксом. На самом деле фактическое расстояние от Земли до GN-z11 составляет около 32 миллиардов световых лет. Но как мы можем видеть свет на расстоянии 32 миллиардов световых лет, когда Вселенной всего 13,8 миллиарда лет? У света, путешествующего с постоянной скоростью, не должно быть достаточно времени для столь долгого путешествия.
Разгадка заключается в том, что Вселенная расширяется, и делает это ускоренными темпами. Это расширяет длины волн света от далеких галактик так, что они смещаются в сторону красного конца светового спектра — явление, известное как «красное смещение».
Красное смещение действует как множитель расстояния и обозначается в уравнениях буквой «z». В рамках нового исследования ученые измерили красное смещение GN-z11 более точно, чем в предыдущих работах, изучив ультрафиолетовое излучение галактики и оценив, насколько сильно вытянуты определенные химические сигнатуры, называемые эмиссионными линиями.
«Мы специально изучили именно ультрафиолетовый спектр света, поскольку именно в этой области электромагнитного спектра мы ожидали найти химические сигнатуры с красным смещением», — поясняет Нобунари Кашикава, автор исследования. «Космический телескоп Хаббла несколько раз обнаружил сигнатуру в спектре GN-z11. Однако даже Хаббл не может получить разрешение линий ультрафиолетового излучения в той степени, в которой мы нуждались. Поэтому мы обратились к более современному наземному спектрографу, инструменту для измерения эмиссионных линий под названием MOSFIRE, который установлен на телескопе Keck I на Гавайях».
Используя этот инструмент, команда смогла измерить красное смещение галактики в 100 раз точнее, чем предыдущие измерения, и определила, что ее значение z составляло 10,957 (по сравнению с 11,09 в более ранних исследованиях). Это подтверждает, что GN-z11 — самая далекая и самая старая галактика из когда-либо наблюдавшихся астрономами, и она находится прямо на краю наблюдаемой Вселенной.
Если заглянуть в космос достаточно глубоко, то можно увидеть Вселенную такой, какой она была спустя считанные миллионы лет после своего зарождения