Наш галактиці найдальша зірка. Яка відстань до найдальшої галактики? Ось як виглядає гравітаційна лінза

Коли ви дивитесь на небо темної ночі за ясної погоди, ви бачите безліч зірок. Однак практично всі вони знаходяться в нашій галактиці, Чумацькому шляху. Навіть найдальші з тих, що ви можете розглянути без телескопа, знаходяться на відстані менше ніж двадцять тисяч світлових років від Землі. Може здатися, що це гігантська дистанція, але космос набагато більше безпосередніх наших околиць. Він справді величезний, і саме тому вченим неймовірно важко вивчати зірки, які знаходяться за межами нашої галактики. Найдальше світило, яке вдалося ізолювати від навколишнього стороннього світіння, знаходиться на відстані всього 55 мільйонів світлових років від нас.

Наукові досягнення

Однак, якщо астрономи ні в чому не помиляються, нещодавно цей рекорд був побитий. Згідно зі статтею, опублікованою в березні цього року в журналі «Nature Astronomy», він був розбитий на прах, зметений і розтоптаний. Він перейшов до зірки, яка знаходиться від нас, вдумайтеся лише у 14 мільярдах світлових роках! Слід зазначити, що астрономам нерідко вдається розглянути віддалені з нашої планети об'єкти. За допомогою телескопів вони можуть бачити найяскравіші наднові за 10 мільярдів світлових років від нас. Однак звичайні зірки неможливо розглянути навіть на відстані, в сотні разів меншій. І ось тут ми вперше згадуємо про «гравітаційне лінзування».

Це відбувається у тих випадках, коли величезна маса, що є у галактики або навіть скупчення галактик, викривляє, спотворює і посилює світло, джерело якого знаходиться за нею. Цей феномен можливий завдяки тому, що подібні об'єкти фактично викривляють простір навколо себе. Галактики, що створюють ефект гравітаційного лінзування, «підсилюють» яскравість у середньому в 50 разів.

Далекі Зірки

Та зірка, про яку сьогодні йде мова, знаходиться за скупченням галактик, що знаходиться за 6 мільярдів світлових років від нас, і її світло було посилено більш ніж у 2000 разів! У наукових каталогах вона значиться як MACS J1149 Lensed Star 1. Проте вчені, які її виявили, дали їй і неофіційну назву - Ікар. Дякую їм за це велике, нам теж так набагато зручніше.

Ікар був помічений, можна сказати, випадково, коли дослідники розглядали знімки наднової, зроблені космічним телескопом «Хаббл» у 2016 та 2017 роках. Недалеко від неї вони помітили невелику яскраву плямку. Воно з часом змінювало яскравість, але зовсім не так, як це роблять наднові. Колірна гама світла, що йде від цього об'єкта, залишалася незмінною протягом багатьох місяців. Подальший аналіз показав, що ми маємо справу із блакитним надгігантом.

Ці зірки набагато більші, масивніші, гарячіші за Сонце і в сотні тисяч разів яскравіші за нього. Це невелике нагадування про те, що будь-яке явище в космосі може мати воістину космічні масштаби. Всі блакитні надгіганти мають схожі характеристики, тому, порівнявши світло Ікара зі світлом таких же об'єктів нашої галактики, астрономи змогли розрахувати відстань до нього. З'ясувалося, що зірка має вік 9 мільярдів років, а через те, що Всесвіт розширюється, зараз до цього світила взагалі 14 мільярдів світлових років.

Як Ікару вдалося збільшити своє зображення в 2000 разів, якщо звичайне значення гравітаційного лінзування становить всього 50? Відповідь – мікролінзи. Це невеликі об'єкти, що знаходяться усередині великих лінз. Це можуть бути окремі зірки, які забезпечують додаткове наближення «картинки». Лінзи всередині лінзи. Цей ефект триває порівняно недовго, тому що мікролінзи постійно сходять із потрібної позиції та знову повертаються на неї. Однак, якщо ми уважно стежимо за тим, що відбувається, перед нами відкриваються величезні можливості. За допомогою мікролінзування вченим вдалося знайти навіть планети за межами Чумацького шляху!

Найдальша зірка

Ікар, до речі, може бути корисним не лише як володар рекорду, занесений до відповідної книги. Вивчаючи те, як діє нею з часом ефект наближення, астрономи сподіваються скласти точну модель розподілу матерії в «лінзуючому» скупченні галактик. Це, ймовірно, включає і темну матерію, яку ми все ніяк не можемо знайти, розглянути і помацати, але яка надає гравітаційний вплив на інші космічні об'єкти. Таким чином, Ікар може допомогти нам значно збільшити обсяг своїх знань про Всесвіт. Що ж, його давньогрецька тезка теж була дуже позитивним персонажем, хоч рекордсменом так і не став, як не намагався. Сподіваємось, що і наш Ікар не осоромить славного імені.

У травні 2015 року телескопом «Хаббл» був зафіксований спалах найдальшої, а значить і найстарішої відомої на сьогоднішній день галактики. Випроміненню знадобилося цілих 13,1 млрд. світлових років, щоб досягти Землі та бути зафіксованим нашою апаратурою. За підрахунками вчених, галактика народилася приблизно через 690 млн. років після Великого Вибуху.

Можна було б подумати, що якщо світло від галактики EGS-zs8-1 (а саме таке елегантне ім'я присвоїли їй вчені) летіло до нас 13,1 млрд. років, то і відстань до неї буде такою, що світло пройде за ці 13 1 млрд. років.

Але не можна забувати деякі особливості устрою нашого світу, які сильно вплинуть на обчислення відстані. Справа в тому, що всесвіт розширюється, причому робить це з прискоренням. Виходить, поки світло йшло 13,1 млрд. років до нашої планети, простір розширювався все більше і більше, і галактика віддалялася від нас все швидше і швидше. Наочний процес представлений нижче.

Враховуючи розширення простору, найдальша галактика EGS-zs8-1 зараз знаходиться від нас приблизно в 30,1 млрд. світлових років, що є рекордом серед усіх інших подібних об'єктів. Цікаво, що до певного моменту ми виявимо дедалі більші галактики, світло яких досі не дійшло до нашої планети. Можна впевнено сказати, що рекорд галактики EGS-zs8-1 у майбутньому буде побитий.

Це цікаво: часто виникає неправильне уявлення про розмір всесвіту. Її ширину порівнюють із її віком, що становить 13,79 млрд. років. При цьому не враховується, що всесвіт розширюється із прискоренням. За приблизними підрахунками, діаметр видимого всесвіту становить 93 млрд. світлових років. Але існує і невидима частина всесвіту, подивитися яку нам не вдасться ніколи. Докладніше про розмір всесвіту та невидимі галактики у статті ««.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Чумацький шлях - галактика, в якій розташована Земля,
всі зірки Сонячної системи та всі зірки, видимі неозброєним оком
Панорама Чумацького Шляху, зроблена в Долині Смерті, США, 2005 рік
Фотографія: National Park Service
Маса зірки Денеб у 200 разів перевищує масу Сонця. До Землі від неї понад тисячу світлових років. Отже, видиме нами світло Денеба було випущено десь у проміжку між зародженням Римської республіки та падінням Західної Римської імперії. Цікаві факти із життя зірок перераховує KIRI2LL. На безмежних просторах інтернету я якось натрапив на наступну картинку.
Звичайно, цей маленький гурток посеред Чумацького шляху захоплює дух і змушує задумати про багато речей, починаючи від тлінності буття і закінчуючи безмежними розмірами всесвіту, але все ж таки виникає питання: наскільки все це відповідає дійсності?

На жаль, упорядники зображення не вказали радіус жовтого кола, а оцінювати його на вічко – сумнівне заняття. Проте автори твіттера @FakeAstropix задалися таким же питанням, як і я, і стверджують, що ця картинка вірна десь для 99% зірок, які видно на нічному небі.
Інше питання полягає в тому, а скільки взагалі зірок можна побачити на небі, не користуючись оптикою? Вважається, що неозброєним оком із Землі можна спостерігати до 6000 зірок. Але насправді це число буде набагато менше - по-перше, у північній півкулі ми фізично зможемо бачити не більше половини від цієї кількості (це ж справедливо і для мешканців південної півкулі), по-друге йдеться про ідеальні умови спостереження, яких насправді практично неможливо досягти. Чого тільки варте одне світлове забруднення неба. А коли йдеться про найдальші видимі зірки, то в більшості випадків щоб помітити їх, нам потрібні саме ідеальні умови.

Але все ж таки, які з маленьких мерехтливих точок на небі є найдальшими від нас? Ось список, який мені поки що вдалося скласти (хоча, звичайно, зовсім не здивуюся, якщо я багато чого пропустив, так що не судіть суворо).

Денеб- найяскравіша зірка в сузір'ї Лебедя і двадцята за яскравістю зірка в нічному небі, з видимою зоряною величиною +1,25 (вважається, що межа видимості для ока людини +6, максимум +6.5 для людей з дійсно чудовим зором). Цей біло-блакитний надигагінт, який знаходиться від нас на відстані від 1500 (остання оцінка) до 2600 світлових років - таким чином, видиме нами світло Денеба було випущено десь у проміжку між зародженням Римської республіки та падінням Західної Римської імперії.
Тут і далі варто мати на увазі, що зважаючи на малий паралакс обчислити точну відстань до таких далеких об'єктів досить складно, тому різні джерела можуть давати різні цифри.

Маса Денеба більша за масу нашої зірки приблизно в 200 разів Сонця, а світність перевищує сонячну мінімум у 50 000 разів. Якби він був на місці Сіріуса, він би виблискував на нашому небі яскравіше, ніж повний Місяць.

VV Цефея А- Одна з найбільших зірок нашої галактики. За різними оцінками, її радіус перевищує сонячний від 1000 до 1900 разів. Вона знаходиться на відстані 5000 світлових років від Сонця. VV Цефея А є частиною подвійної системи - його сусід активно перетягує він речовина зірки- компаньйона. Видима зоряна величина VV Цефея приблизно дорівнює +5.
P Лебедязнаходиться від нас на відстані від 5000 до 6000 світлових років. Вона є яскраво-блакитним змінним гіпергігантом, чия світність перевищує сонячну в 600 000 разів. Відома тим, що за її спостережень її видима зоряна величина кілька разів змінювалася. Вперше зірка була відкрита у 17 столітті, коли вона раптово стала видимою – тоді її зіркова величина становила +3. Через 7 років яскравість зірки зменшилася настільки, що перестала бути видимою без телескопа. У 17 столітті було ще кілька циклів різкого збільшення, а потім такого ж різкого зменшення світності, за що її навіть прозвали постійною новою. Але у 18 столітті зірка заспокоїлася і з того часу її зіркова величина становить приблизно +4.8.

P Лебедя зроблена червоним

Мю Цефеявідома також як граната зірка Гершеля - червоних надгігант, можливо найбільша зірка, видима неозброєним оком. Її світність перевищує сонячну від 60 000 і 100 000 разів, радіус за останніми оцінками може бути в 1500 разів більше сонячного. Мю Цефея знаходиться на відстані 5500-6000 світлових років від нас. Зірка знаходиться наприкінці свого життєвого шляху і незабаром (за астрономічними мірками) часу перетвориться на наднову. Її видима зоряна величина змінюється від +3,4 до +5. Вважається, що вона є однією із найчервоніших зірок на північному небі.

Зірка Пласкеттазнаходиться на відстані 6600 світлових років від Землі в сузір'ї Єдинорога і є однією з найпотужніших систем подвійних зірок у Чумацькому шляху. Зірка А має масу в 50 сонячних та світність, що перевищує світність нашої зірки у 220 000 разів. Зірка B має приблизно таку ж масу, але її світність менша - «лише» в 120 000 сонячних. Видима зіркова величина зірки А становить +6.05 - отже, теоретично її можна побачити неозброєним оком.
Система Ця Кілязнаходиться від нас на відстані 7500 – 8000 світлових років. Вона складається з двох зірок, головна з яких – яскрава блакитна змінна, є однією з найбільших та нестійких зірок у нашій галактиці з масою близько 150 сонячних, 30 із яких зірка вже встигла скинути. У 17 столітті Ця Кіля мала четверту зоряну величину, до 1730 вона стала однією з найяскравіших в сузір'ї Кіля, але до 1782 знову стала дуже слабкою. Потім, в 1820 почалося різке збільшення яскравості зірки і в квітні 1843 вона досягла видимої зоряної величини -0,8, ставши на час другий за яскравістю на небі після Сіріуса. Після цього, яскравість Ця Кіля стрімко впала, і до 1870 зірка стала невидимою неозброєним оком.
Однак у 2007 році яскравість зірки знову зросла, вона досягла зіркової величини +5 і знову стала видимою. Нинішня світність зірки оцінюється мінімум у мільйон сонячних і вона, мабуть, є головним кандидатом на звання наступної наднової в Чумацькому шляху. Дехто навіть вважає, що вона вже вибухнула.
Ро Кассіопеї- це одна з найдальших зірок, видимих ​​неозброєним оком. Це вкрай рідкісний жовтий гіпергігант, що зі світністю перевищує сонцеву в півмільйона разів і радіусом у 400 разів більше, ніж у нашої зірки. За останніми оцінками, вона знаходиться на відстані 8200 світлових років від Сонця. Зазвичай її зіркова величина становить +4.5, але в середньому раз на 50 років на кілька місяців зірка тьмяніє, а температура її зовнішніх шарів зменшується з 7000 до 4000 градусів Кельвіна. Останній такий випадок стався наприкінці 2000 – на початку 2001 року. Згідно з розрахунками, за ці кілька місяців зірка викинула речовину, маса якої становила 3% від маси Сонця.
V762 Кассіопеї- це ймовірно найдальша зірка, видима з Землі неозброєним ока - принаймні, виходячи з наявних на даний момент даних. Інформації про цю зірку небагато. Відомо, що це червоний надгігант. Згідно з останніми даними, він знаходиться на відстані 16 800 світлових років від нас. Його видима зіркова величина становить від +5.8 до +6, отже побачити зірку можна якраз у ідеальних умовах.

Насамкінець варто згадати, що в історії були випадки, коли люди мали можливість спостерігати куди більш далекі зірки. Наприклад, у 1987 у Великій Магеллановій хмарі, що знаходиться від нас на відстані 160 000 світлових років, спалахнула наднова, яку можна було бачити неозброєним оком. Інша річ, що на відміну від усіх перерахованих вище надгігантів, спостерігати її можна було на протязі значно меншого проміжку часу.

Вивчення найдальших галактик може показати нам об'єкти, розташовані за мільярди світлових років від нас, але навіть з ідеальною технологією просторовий проміжок між найдальшою галактикою та Великим вибухом залишатиметься величезним.

Вдивляючись у Всесвіт, бачимо світло скрізь, всіх відстанях, куди тільки здатні зазирнути наші телескопи. Але в якийсь момент ми натрапимо на обмеження. Одне з них накладається космічною структурою, що формується у Всесвіті: ми можемо бачити лише зірки, галактики та інше, тільки якщо вони випромінюють світло. Без цього наші телескопи нічого не спроможні розглянути. Інше обмеження при використанні видів астрономії, що не обмежуються світлом, - це обмеження того, яка частина Всесвіту доступна для нас з моменту Великого вибуху. Дві ці величини можуть не бути пов'язаними один з одним, і саме з цієї теми нам запитує наш читач:

Чому червоне зміщення реліктового випромінювання знаходиться в межах 1000, хоча найбільше червоне усунення будь-якої галактики з тих, що ми бачили, дорівнює 11?

Весь набір того, що ми знаємо, бачимо, спостерігаємо і з чим взаємодіємо, називають «спостерігається Всесвітом». За межами нього, швидше за все, знаходиться ще більше ділянок Всесвіту, і згодом ми матимемо можливість бачити все більше і більше цих ділянок, коли світло від віддалених об'єктів, нарешті, досягне нас після космічної подорожі в мільярди років. Ми можемо бачити те, що бачимо (і більше, а не менше) завдяки комбінації з трьох факторів:

• З часу Великого вибуху минуло кінцеву кількість часу, 13,8 млрд років.


• Швидкість світла, максимальна швидкість для будь-якого сигналу або частки, що пересувається Всесвітом, кінцева і постійна.


• Сама тканина простору розтягується та розширюється з моменту Великого вибуху.

Те, що нам видно сьогодні, є результатом роботи трьох цих факторів, спільно з початковим розподілом матерії та енергії, які працюють за законами фізики протягом усієї історії Всесвіту. Якщо ми хочемо дізнатися, яким був Всесвіт у будь-який ранній момент часу, нам треба лише поспостерігати, яким він став сьогодні, виміряти всі пов'язані з цим параметри, і підрахувати, яким він був у минулому. Для цього нам знадобиться багато спостережень і вимірів, але рівняння Ейнштейна, нехай і такі важкі, принаймні недвозначні. Результати, що виводяться, виливаються в два рівняння, відомі, як рівняння Фрідмана, і з завданням їх вирішення кожен студент, який вивчає космологію, стикається безпосередньо. Але ми, чесно кажучи, зуміли провести кілька дивовижних вимірів параметрів Всесвіту.

Дивлячись у напрямку північного полюса Галактики Чумацький Шлях, ми можемо заглядати у глибини космосу. На цьому зображенні розмічено сотні тисяч галактик, і кожен його піксель – це окрема галактика.

Ми знаємо з якою швидкістю вона розширюється сьогодні. Ми знаємо, якою є щільність матерії в будь-якому напрямку, в якому ми дивимося. Ми знаємо, скільки структур формується на всіх масштабах, від кульових скупчень до карликових галактик, від великих галактик до їхніх груп, скупчень і великомасштабних ниткоподібних структур. Ми знаємо, скільки у Всесвіті нормальної матерії, темної матерії, темної енергії, а також дрібніших складових, таких, як нейтрино, випромінювання, і навіть чорні дірки. І тільки виходячи з цієї інформації, екстраполюючи назад у часі, ми можемо обчислити як розмір Всесвіту, так і швидкість його розширення у будь-який момент його космічної історії.

Логарифмічний графік залежності розміру Всесвіту, що спостерігається.

Сьогодні наш оглядовий Всесвіт простягається на приблизно 46,1 млрд світлових років у всіх напрямках на наш погляд. На такій відстані знаходиться точка старту уявної частки, яка вирушила в дорогу в момент Великого вибуху, і, мандруючи зі швидкістю світла, прибула б до нас сьогодні, через 13,8 млрд років. У принципі, на цій відстані були породжені всі гравітаційні хвилі, що залишилися від космічної інфляції - стану, що передував Великому вибуху, настроїв Всесвіт і забезпечив усі початкові умови.

Гравітаційні хвилі, створені космічною інфляцією - це найстаріший сигнал із усіх, які людство в принципі могло б засікти. Вони народилися наприкінці космічної інфляції та на початку гарячого Великого вибуху.

Але у Всесвіті залишилися й інші сигнали. Коли їй було 380 тисяч років, залишкове випромінювання від Великого вибуху припинило розсіюватися з вільних заряджених частинок, оскільки ті утворили нейтральні атоми. І ці фотони, після утворення атомів, продовжують відчувати червоне зміщення разом із розширенням Всесвіту, і їх можна побачити сьогодні за допомогою мікрохвильової або радіоантени/телескопа. Але через велику швидкість розширення Всесвіту на ранніх етапах, «поверхня», яка «світиться» для нас цим залишковим світлом – космічний мікрохвильовий фон – знаходиться всього в 45,2 млрд світлових років від нас. Відстань від початку Всесвіту до того місця, де Всесвіт знаходився через 380 000 років, виходить рівним 900 млн світлових років!

Холодні флуктуації (сині) у реліктовому випромінюванні не холодніше самі собою, а просто представляють ділянки з посиленим гравітаційним тяжінням через збільшену щільність матерії. Гарячі (червоні) ділянки гарячі, тому що випромінювання в цих регіонах живе в менш глибокій гравітаційній криниці. З часом більш щільні регіони з більшою ймовірністю зростуть у зірки, галактики та скупчення, а менш щільні зроблять це з меншою ймовірністю.

Пройде ще чимало часу, перш ніж ми знайдемо найвіддаленішу з усіх відкритих нами галактик Всесвіту. Хоча симуляції та розрахунки показують, що перші зірки могли сформуватися через 50-100 млн років від початку Всесвіту, а перші галактики - через 200 млн років, так далеко назад ми ще не заглядали (хоча, є надія, що після запуску наступного року космічного телескопа імені Джеймса Вебба ми зможемо це зробити!). На сьогодні космічним рекордом володіє галактика, показана нижче, що існувала, коли Всесвіту було 400 млн. років - це всього 3% від поточного віку. Однак ця галактика, GN-z11, розташована всього в 32 млрд світлових років від нас: це близько 14 млрд світлових років від «краю» Всесвіту, що спостерігається.

Найвіддаленіша з усіх виявлених галактик: GN-z11, фото зі спостереження GOODS-N, проведеного телескопом Хаббл.

Причина цього полягає в тому, що спочатку швидкість розширення згодом дуже швидко падала. До часу, коли галактика Gz-11 існувала у вигляді, що ми спостерігаємо, Всесвіт розширювався в 20 разів швидше, ніж сьогодні. Коли було випущено реліктове випромінювання, Всесвіт розширювався у 20 000 разів швидше, ніж сьогодні. На момент Великого вибуху, наскільки ми знаємо, Всесвіт розширювався в 10 36 разів швидше, або в 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 разів швидше, ніж сьогодні. Згодом швидкість розширення Всесвіту сильно зменшилася.

І для нас це дуже добре! Баланс між первинною швидкістю розширення та загальною кількістю енергії у Всесвіті у всіх її формах ідеально дотримується, аж до похибки наших спостережень. Якби у Всесвіті було хоч трохи більше матерії чи випромінювання на ранніх етапах, він би зхлопнувся назад мільярди років тому, і нас би не було. Якби у Всесвіті було надто мало матерії чи випромінювання на ранніх етапах, він би розширився так швидко, що частки не змогли б зустрітися один з одним, щоб навіть сформувати атоми, не кажучи вже про складніші структури типу галактик, зірок, планет і людей . Космічна історія, яку розповідає нам Всесвіт, це історія надзвичайної збалансованості, завдяки якій ми й існуємо.

Складний баланс між швидкістю розширення і загальною щільністю Всесвіту настільки крихкий, що навіть відхилення в 0,00000000001% в будь-який бік зробило б Всесвіт абсолютно безлюдним для будь-якого життя, зірок або навіть планет у будь-який момент часу.

Якщо вірні найкращі з наших сучасних теорій, то перші справжні галактики мали сформуватися у віці від 120 до 210 млн. років. Це відповідає відстані від нас до них у 35-37 млрд світлових років, і відстані від найдальшої галактики до краю Всесвіту, що спостерігається, в 9-11 млрд світлових років на сьогодні. Це надзвичайно далеко, і говорить про один дивовижний факт: Всесвіт надзвичайно швидко розширювався на ранніх етапах, а сьогодні розширюється набагато повільніше. 1% віку Всесвіту відповідає за 20% її загального розширення!

Історія Всесвіту сповнена фантастичних подій, але відколи закінчилася інфляція і стався Великий вибух, швидкість розширення стрімко падала, і сповільнюється, поки щільність продовжує зменшуватися.

Розширення Всесвіту розтягує довжину хвилі світла (і відповідає за видиме нами червоне зміщення), і за велику відстань між мікрохвильовим фоном та найдальшою галактикою відповідає велика швидкість цього розширення. Але розмір Всесвіту сьогодні свідчить ще про щось дивне: про неймовірні ефекти, що відбувалися з часом. Згодом Всесвіт продовжить розширюватися все більше і більше, і до того часу, коли його вік удесятеро перевищуватиме сьогоднішній, відстані збільшаться так сильно, що нам уже не будуть видно жодні галактики за винятком членів нашої місцевої групи, навіть із телескопом, еквівалентним Хаблу. Насолоджуйтесь усім тим, що видно сьогодні, великою різноманітністю того, що є на всіх космічних масштабах. Воно не існуватиме вічно!