Самого далекого объекта Вселенной больше нет

Текст: Артём Тунцов/Infox.ru

Телескоп Swift обновил собственный рекорд, зафиксировав свет от самого далекого объекта во Вселенной. Объект взорвался, превратившись в черную дыру, всего через 350 млн лет после Большого взрыва.

Утром пятницы 5 февраля, в 7.18:43 по московскому времени, гамма-телескоп BAT на борту научного спутника Swift заметил резкую вспышку гамма-излучения со стороны созвездия Льва. Поток высокоэнергичных квантов нарастал около восьми секунд, а затем стал падать; через полминуты после начала небесный фейерверк в гамма-диапазоне закончился.

Меньше чем через три минуты Swift уже успел развернуться в сторону вспышки своим рентгеновским телескопом XRT и увидел новый источник рентгеновских квантов, яркость которого стремительно падала. Сомнений больше не было: это гамма-всплеск, грандиозный космический взрыв, отмечающий рождение черной дыры где-то в глубинах космоса. По всем обсерваториям мира разошлись циркуляры с призывами наблюдать GRB100205A (такое обозначение получила вспышка) в оптическом и инфракрасном диапазонах. В сообщениях уточнялось, что собственный оптический телескоп «Свифта», UVOT, не смог ничего разглядеть на месте взрыва -- ни в оптике, ни в ультрафиолете.

В плотной и теплой Вселенной

Красное смещениеАстрономы измеряют расстояние с помощью величины красного смещения z, масштаба увеличения длины световых волн. Оно показывает, во сколько раз увеличился наш мир за время путешествия света. z=0 соответствует здесь и сегодня, а если z равно, скажем, трем, свет был испущен, когда Вселенная была в z+1, то есть в четыре раза меньше. Сколько это в световых годах, зависит от истории расширения Вселенной.

Похоже, неудаче маленького UVOT и многих наземных инструментов среднего калибра, пытавшихся поймать космическую вспышку, есть очень простое объяснение: GRB100205A -- рекордно далекий всплеск. По предварительным данным, его красное смещение z оценивается величиной от 11 до 13,5, а значит, черная дыра, появлению которой он салютовал, родилась всего через 300-400 млн лет после Большого взрыва. Предыдущий рекордсмен, GRB090423, пойманный тем же «Свифтом» в прошлом году, всплеснул в почти вдвое старшей Вселенной: от начала времен его отделяли 630 млн лет.

350 млн лет -- очень небольшой возраст: в это время Вселенная была в 13 раз меньше, а значит, в 2 тыс. раз плотнее, чем в наши дни! Водород и гелий, сваренные в первые три минуты после Большого взрыва, еще только стекались в растущие потенциальные ямы самых первых, карликовых галактик, а кроме водорода и гелия вокруг ничего не было. И все это было погружено в тепловую баню вездесущего реликтового излучения, температура которого была почти 40 градусов по Кельвину, а плотность -- в 25 тыс. раз выше, чем сейчас.

Впрочем, вслух астрономы пока не заявляют о новом рекорде. Массивные звезды -- а только они, по современным представлениям, способны порождать гамма-всплески и превращаться в черные дыры -- живут всего несколько миллионов лет -- совсем чуть-чуть по сравнению с оценкой возраста Вселенной на момент взрыва. Но вот как они могли родиться в ту эпоху -- в тепле, без тяжелых элементов, в галактиках небольшой плотности, -- большой вопрос. Именно поэтому ученые, с положенным им консерватизмом, пока говорят о «кандидате в гамма-всплески на z~11–13,5».

Косвенные улики

Впрочем, прямых доказательств рекордной дальности -- например спектра, в котором были бы видны линии, сдвинутые с измеренных в лаборатории позиций в 12-14 раз, -- у ученых действительно нет. Зато, как на суде против Дмитрия Карамазова, полно косвенных свидетельств.

Во-первых, уже отмеченная неспособность большинства инструментов увидеть сам гамма-всплеск (вернее его оптическое послесвечение) даже в первые часы после вспышки. Во-вторых -- подозрительно небольшое поглощение света в рентгеновском диапазоне, характерное как раз для гамма-всплесков, вспыхивающих в ранней Вселенной, когда вокруг еще было мало того вещества, которое могло бы рассеять рентгеновские лучи. В-третьих -- полное отсутствие хоть каких-то следов материнской галактики гамма-всплеска на очень глубоких изображениях, полученных наземными телескопами. Многие инструменты, участвовавшие в поисках, легко нашли бы типичные галактики даже на расстояниях в 12-12,5 млрд световых лет от Земли, однако ничего не видят.

Что выпадетВ поисках самых далеких галактик астрономы применяют так называемую методику цветовых «выпадений». Она основана на том, что спектр любой галактики выглядит более или менее плавной кривой, местами изрезанной спектральными линиями, однако в ультрафиолетовой области при длине волны менее 121,6 нм, где значительно возрастает поглощение света водородом, спектр резко обрывается. При этом спектр далеких галактик, который мы принимаем на Земле, сдвинут в красную область -- за миллиарды лет путешествия по Вселенной длина волны каждого фотона увеличилась во столько же раз, как и вся наша расширяющаяся Вселенная. Чем дальше объект, тем дольше шел свет и тем больше сдвиг. Поэтому и спектр у близких галактик обрывается в ультрафиолете, у далеких -- в оптическом диапазоне, а у самых-самых дальних переезжает в инфракрасную область спектра.

Ну и, наконец, «математическое» доказательство -- впрочем, столь же доказательное, как и письмо Мити Грушеньке. Восьмиметровому телескопу Gemini North на Гавайских островах, пусть и через 2,5 часа после вспышки, но все-таки удалось навестись на место взрыва и засечь здесь быстро гаснущий объект. Однако увидеть его получилось лишь в инфракрасном диапазоне. И его блеск в фильтре K, на длине волны в 2,2 микрона, был почти в четыре раза выше, чем в фильтре H, на длине волны в 1,65 мкм.

Самое простое объяснение такому скачку -- поглощение более коротковолнового излучения резонансной линией водорода, Ly_α (читается «лайман-альфа»). Только вот в лабораторной системе отсчета эта линия находится на длине волны в 0,1216 нм. Если на границу между фильтрами H и K эту линию перетащило расширение Вселенной, то в момент ее испускания наш мир должен был быть в 12-14,5 раза меньше, чем сейчас (опять же, при консервативном анализе). Отсюда и проистекает оценка красного смещения z~11–13,5.

Дело вкуса

Впрочем, против этого «доказательства» можно найти возражения. Альтернативная модель предполагает, что свет в фильтре H поглотила пыль, расположенная на красном смещении z~4. В этом случае и GRB100205A может находиться «всего» в 12 млрд световых лет от Земли -- далеко, конечно, но на рекорд не тянет.

Правда, поглощение в этом случае должно быть очень значительным, примерно в 15-20 раз, и где взять столько пыли через 1,7 млрд лет после Большого взрыва -- тоже не очень понятно. Кроме того, отсутствие на снимках какой-либо галактики, в которой могла обитать необходимая пыль, и сравнительно слабое поглощение света в рентгеновском диапазоне тоже плохо вяжутся с этим объяснением. Но тут уж надо выбирать из двух необычных гипотез ту, что наименее неправдоподобна: много пыли через 1,7 млрд лет или рождение черной дыры через 350 млн лет от сотворения мира. Пока новых данных нет, такой выбор, по сути, дело личного вкуса теоретиков.

И самое обидное, что нужные данные могут появиться еще очень нескоро. С момента гамма-всплеска прошло уже три недели, так что заметное оптическое послесвечение от него давно погасло. И теперь надо очень-очень долго копить свет, чтобы увидеть запыленную галактику на z~4. Либо еще дольше ждать, пока появится инструмент, способный разглядеть материнскую галактику GRB100205A на z больше десяти. А то и сам остаток этого взрыва -- доживем ведь когда-нибудь и до таких телескопов.