Как ты раздалась, Химико!

По современным представлениям, современные галактики образовались в результате иерархического скучивания – последовательных слияний поначалу маленьких скоплений темной материи, к которым стекался и обычный газ, во все более крупные образования. Мини-гало сливались в карликовые галактики, те падали на галактики покрупнее, они объединялись в крупные скопления и продолжали сливаться, сливаться и сливаться в центральных частях этих скоплений.

Собственно, этот процесс продолжается и по сей день – например, через миллиарды лет Млечный Путь и Туманность Андромеды сольются в единое целое, а затем к ним присоединятся и оставшиеся галактики Местной группы. Получится гигантская эллиптическая звездная система, вокруг которой не останется ничего: далекие галактические скопления, постепенно ускоряясь в наполненном темной энергией мире, уйдут за горизонт, и ничто более не будет напоминать о бурном прошлом нашей Вселенной.

Пока же такие воспоминания остались, астрономы активно изучают эту историю – не только с помощью теоретического моделирования, но и с помощью прямых наблюдений.

На данный момент наблюдателям удалось дотянуться в прошлое образования галактик на 13 миллиардов лет – точнее, на 12,9 миллиарда лет, соответствующие примерно 700–800 миллионам лет после возникновения Вселенной. Ищут первые галактики, как правило, как Ly_α-эмиттеры, то есть по их излучению в спектральной линии Ly_α («лайман-альфа») – резонансной линии лаймановской серии в спектре водорода, соответствующей переходу с первого возбужденного на основной, невозбужденный уровень этого простейшего атома. Длина волны этой линии – 121,6 нм, и располагается она в ультрафиолетовом диапазоне, однако расширение Вселенной за 13 миллиардов лет путешествия фотонов в космосе превращает их к моменту приема земными телескопами в инфракрасные кванты с длиной волны почти в 1000 нм.

Собственно, именно так Ly_α-эмиттеры на границе Вселенной и находят: снимают небо в узком диапазоне длин волн, соответствующем линии Ly_α, покрасневшей в 7–8 раз, и все, что проявится на фоне неба, принимают за кандидатов в далекие молодые галактики – они излучают в этой линии чуть не половину всего своего света, а все остальные, более близкие объекты – крохотную часть, а потому теряются на фоне неба. (Кстати, именно этот фон и ограничивает наблюдения 13 миллиардами лет истории – дальше Ly_α уходит в область, где ее очень сложно наблюдать с Земли; когда в космос полетят инфракрасные телескопы имени Гершеля и Джеймса Уэбба, должны открыться и большие глубины.)

До сих пор все подтвердившиеся Ly_α-кандидаты в основном лили воду на жернова общепринятой теории иерархических слияний. «Зародыши» галактик, которые мы видим в прошлом, – действительно небольшие образования, которые зачастую даже не удается разложить на отдельные пиксели и в самые большие телескопы. Их линейный размер, который, как правило, оценивается косвенно, – тысячи световых лет, то есть в десятки раз меньше крупных современных галактики. Вероятно, 13 миллиардов лет назад были объекты и поменьше, похожие на современные карликовые галактики, но их мы просто не замечаем с современными телескопами. Ничего же более крупного пока не встречалось.

Тем удивительнее открытие ученых из Японии, США, Канады и Великобритании под руководством Масами Оути из обсерватории Института имени Карнеги.

Они нашли целую Ly_α-«кляксу», которая уже 12,9 миллиарда лет назад была размером почти с нашу Галактику.

При том что последняя считается гигантом и по современным меркам. Представьте себе, что вы заказывали ящик вагонки, чтобы сколотить собачью будку, а вам на двор выгружают стволы баобабов. Примерно такие же ощущения были и у Оути с коллегами, когда они обнаружили Химико – так, в честь полумифической правительницы из раннего периода японской государственности, главный автор статьи назвал загадочный объект из раннего прошлого галактик. Работа принята к публикации в майском выпуске The Astrophysical Journal и доступна в архиве электронных препринтов Корнельского университета.

По признанию Оути, поначалу ученые даже сомневались, стоит ли тратить наблюдательное время на проверку этого кандидата, найденного на японском телескопе «Субару», – слишком уж он большой и наверняка представляет собой что-то близкое, думали члены команды. Однако спектр объекта, полученный помощью 10-метрового телескопа имени Кека, подтвердил – мы имеем дело с далекой галактикой, размер которой мы можем проследить минимум на 55 тысяч световых лет. Скорее всего, она продолжается и дальше, просто дальше она сливается с фоном неба.

Что это такое – ученые пока не имеют понятия.

По расчетам астрономов, чтобы поддерживать такое свечение, нужны звезды общей массой от 10 до 50 миллиардов солнечных, а также темпы превращения газа в звезды в несколько десятков масс Солнца в год – все в пределах одной галактики. Это существенно больше, чем теория считает возможным для объектов в таком далеком прошлом Вселенной. Сгустки темной материи масштабов Химико в то время хоть и редко, но встречались, но столько звезд – это все-таки слишком много.

Наверное, самое радикальное предположение, которое можно сделать в данном случае, – что сама теория иерархических слияний не верна. До второй половины 1980-х годов была более популярна модель, в которых крупные галактики образовывались разом, при сжатии крупных облаков газа; обычно эту теорию связывают с именами Алана Сэндиджа и Дональда Линден-Белла. Такой процесс может происходить гораздо быстрее, чем последовательность индивидуальных слияний, и не исключено, что Химико – как раз его проявление.

Помочь с объяснением природы удивительного объекта может и наличие черной дыры в его центре – падающий на нее газ обычно разогревается и ярко светится, что могло бы заменить значительную часть звезд. Могло бы помочь и наличие гравитационной линзы, увеличившей наблюдаемые размеры загадочной древней галактики по пути следования света к земным телескопам. Правда, ни следов присутствия черной дыры в центре Химико, ни галактики-линзы на ее фоне ученые не видят. Разобраться с его природой должны новые телескопы.