Во имя открытой науки многонациональное научное сотрудничество COSMOS в четверг опубликовало данные, лежащие в основе самой большой карты Вселенной. Проект, названный полем COSMOS-Web, созданный на основе данных, собранных космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST), состоит из всех изображений и каталога почти 800 000 галактик, охватывающих почти все космическое время. И он бросает вызов существующим представлениям о зарождающейся Вселенной.
«Наша цель состояла в том, чтобы построить это глубокое поле пространства в физическом масштабе, которое намного превзошло бы все, что было сделано ранее», — сказала профессор физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Кейтлин Кейси, которая является одним из руководителей проекта COSMOS-Web вместе с Джейханом Карталтепе из Рочестерского технологического института. «Если бы у вас была распечатка Hubble Ultra Deep Field на стандартном листе бумаги», — сказала она, имея в виду знаковое изображение почти 10 000 галактик, опубликованное NASA в 2004 году, «наше изображение было бы немного больше, чем фреска размером 13 на 13 футов на той же глубине. Так что оно действительно поразительно большое».
Составное изображение COSMOS-Web охватывает около 13,5 миллиардов лет; по данным NASA, Вселенной около 13,8 миллиардов лет, плюс-минус сто миллионов лет. Это охватывает около 98% всего космического времени. Целью исследователей было не только увидеть некоторые из самых интересных галактик в начале времен, но и увидеть более широкую картину космических сред, существовавших на ранней стадии развития Вселенной , во время формирования первых звезд, галактик и черных дыр. «Космос организован в плотные регионы и пустоты», — объяснил Кейси. «И мы хотели выйти за рамки поиска самых далеких галактик; мы хотели получить более широкий контекст того, где они жили».
«Большой сюрприз»
И каким космическим соседством это оказалось. До того, как включился JWST, сказала Кейси, она и ее коллеги-астрономы сделали свои лучшие прогнозы о том, сколько еще галактик сможет увидеть космический телескоп , учитывая его собирающее свет главное зеркало диаметром 6,5 метра (21 фут), что примерно в шесть раз больше, чем зеркало Хаббла диаметром 2,4 метра (7 футов 10 дюймов). Лучшие измерения Хаббла предполагали, что галактики в течение первых 500 миллионов лет будут невероятно редкими, сказала она. «Это имеет смысл — происходит Большой взрыв, и требуется время, чтобы все гравитационно сжалось и сформировалось, а также чтобы зажглись звезды. С этим связана определенная временная шкала», — объяснил Кейси. «И большим сюрпризом является то, что с JWST мы видим примерно в 10 раз больше галактик, чем ожидалось, на этих невероятных расстояниях. Мы также видим сверхмассивные черные дыры, которые даже не видны с помощью Хаббла». И они не просто видят больше, они видят другие типы галактик и черных дыр, добавила она.
«Множество вопросов без ответов»
Хотя изображения и каталог COSMOS-Web дают ответы на многие вопросы астрономов о ранней Вселенной, они также порождают еще больше вопросов. «С тех пор, как телескоп включился, мы задавались вопросом: «Не нарушают ли эти наборы данных JWST космологическую модель? Потому что Вселенная начала производить слишком много света слишком рано; у нее было всего около 400 миллионов лет, чтобы сформировать что-то вроде миллиарда солнечных масс звезд. Мы просто не знаем, как это сделать», — сказал Кейси. «Итак, много деталей для расшифровки и много вопросов без ответов».
Данные были опубликованы почти сразу после их сбора, но только в необработанном виде, полезный только для тех, кто обладает специальными техническими знаниями и доступом к суперкомпьютеру для их обработки и интерпретации. Сотрудничество COSMOS неустанно работало в течение последних двух лет, чтобы преобразовать необработанные данные в широко используемые изображения и каталоги. Создавая эти продукты и выпуская их, исследователи надеются, что даже начинающие астрономы смогут углубиться в материал и узнать что-то новое. «Потому что лучшая наука действительно делается, когда каждый думает об одном и том же наборе данных по-разному», — сказал Кейси. «Не только одна группа людей может разгадать тайны».
Для сотрудничества COSMOS исследование продолжается. Они вернулись в глубоководное поле для дальнейшего картирования и изучения. «У нас впереди еще больше данных», — сказала она. «Мы думаем, что идентифицировали самые ранние галактики на изображении, но нам нужно это проверить». Для этого они будут использовать спектроскопию, которая разлагает свет от галактик призмой, чтобы подтвердить расстояние до этих источников (чем дальше, тем старше). «В качестве побочного продукта», — добавил Кейси, — «мы сможем понять межзвездную химию в этих системах, отслеживая азот, углерод и кислород. Еще многое предстоит узнать, и мы только начинаем царапать поверхность».
Изображение COSMOS-Web доступно для интерактивного просмотра; сопутствующие научные статьи были отправлены в Astrophysical Journal и Astronomy & Astrophysics .
Информация о журнале: Astrophysical Journal , Astronomy & Astrophysics
Предоставлено Калифорнийским университетом в Санта-Барбаре
фото: Шесть изображений галактик, полученных почти из 800 000, сверху слева направо: современная Вселенная и 3, 4, 8, 9 и 10 миллиардов лет назад. Кредит: M. Franco / C. Casey / COSMOS-Web collaboration