При помощи чилийского радиотелескопа ALMA астрономы нашли 39 массивных галактик. Они были невидимы в диапазоне от ближнего инфракрасного излучения до ультрафиолета из-за красного смещения и «попались» лишь в диапазоне работы ALMA. В этих галактиках очень активно образуются новые звезды: ежегодно в каждой из них появляется несколько сотен новых светил.
Радиоволны от найденных галактик шли до Земли более десяти миллиардов лет. Это соответствует сравнительно ранней Вселенной (ее возраст ученые оценивают в 13,7 миллиарда лет). На таком расстоянии становится очень заметно красное смещение, то есть частота излучения, которое испускают светила, падает, а длина волны растет. Это происходит из-за того, что Вселенная расширяется, а объект (в данном случае — галактики) стремительно удаляется от наблюдателя. Ученые указывают, что в случае с новооткрытыми галактиками величина такого эффекта составила больше трех условных единиц.
Показатель красного смещения z выражает то, насколько меняется длина волны. Если z>3, это означает, что длина волны увеличилась более чем в три раза. Видимый свет в таком случае превращается в инфракрасное излучение, а ультрафиолет переходит либо в оптический, либо в инфракрасный диапазон.
Читайте также: В центре нашей Галактики скрываются тысячи черных дыр
Именно высокий показатель красного смещения вкупе с большим расстоянием до галактик стал причиной их невидимости. Даже лучшие телескопы, расположенные как на поверхности Земли, так и на орбите, не могут зафиксировать объекты в тех участках спектра, в которых эти галактики наиболее заметны.
Зато радиотелескоп сделан в расчете как раз на то излучение, в которое красное смещение переместило свечение галактик в инфракрасном диапазоне. Астрономы решили воспользоваться этим и провели ряд наблюдений, призванных найти галактики, лишенные ярких источников ультрафиолета (обычно именно такие видны в оптике и ближнем ИК-диапазоне — все из-за красного смещения). Этот подход оказался успешным.
Галактики указывают на то, что предыдущие представления ученых о формировании ранних галактик не совсем корректны. Астрофизики явно недооценивали как массу такой галактики в целом, так и массу сверхмассивной черной дыры, которая располагается в ее центре.
Число таких невидимых ранних галактик оказалось больше, чем ожидалось. В сочетании с высоким уровнем звездообразования это значит, что в первые несколько миллиардов лет жизни Вселенной появилась значительная часть звезд именно благодаря галактикам этого типа.
Исследователи отмечают, что некоторые галактики, которые ученые еще раньше нашли на столь же значительном удалении от Земли, несмотря на красное смещение, были хорошо видны на снимках «Хаббла» в видимом и ближнем ультрафиолетовом диапазонах. Ученые считают, что полная невидимость новых находок обусловлена не только красным смещением, но и тем, что в них содержится очень много пыли. Та поглощает видимый свет и ультрафиолет, однако хорошо видна при наблюдении в инфракрасных лучах. Большое расстояние превратило это инфракрасное излучение в субмиллиметровые радиоволны.
Один из астрономов и авторов исследования, Тао Ван, говорит, что если в этих галактиках были бы наблюдатели, то для них звездное небо разительно отличалось бы от земного. С одной стороны, они видели бы больше ярких и близко расположенных звезд, с другой же стороны, все удаленные объекты оказались бы скрыты облаками пыли. Небо вокруг этих ярких светил казалось бы этим наблюдателям непроницаемо черным.