Астрономы нашли самую удаленную галактику
В 1906 году американский физик Теодор Лайман открыл в спектре излучения атома водорода серию, получившую его имя. Серия Лаймана образуется при переходе электрона с первого электрического уровня на возбужденные (поглощение фотона) и наоборот (излучение фотона). Некоторым переходам даже были даны собственные названия — переход со второго уровня на первый называют Лайман альфа, с третьего на первый Лайман бета и так далее. Открытая Лайманом серия нашла среди прочего применение в астрофизике, поскольку водород — самый распространенный элемент во Вселенной.
Среди прочего серия позволила определить так называемый предел Лаймана. Чем выше уровень, с которого электрон переходит на первый, тем короче длина волны излучаемого при этом фотона. Вместе с тем длина уменьшается не бесконечно, а стремится к некоторому пределу в 91,15 нанометра — это и есть предел Лаймана. Он играет важную роль при изучении древних звезд — так как они состоят преимущественно из водорода, то не излучают фотонов "короче" предела Лаймана.
В рамках новой работы объектом исследования выступала галактика MACS 1149-JD. Анализ ее излучения позволил не только обнаружить в нем предел Лаймана, но и увидеть, что за время путешествия излучения от этой галактики к Земле этот предел сдвинулся в инфракрасную область (так называемое красное смещение, связанное с расширением пространства). Оценка возраста позволила установить, что красное смещение галактики z=9,6, что составляет примерно 13,1 миллиарда световых лет.
Размеры галактики достаточно скромны — ее масса всего около 150 миллионов солнечных (на четыре порядка меньше, чем масса Млечного Пути). Наличие в спектре звезд некоторого количества тяжелых элементов позволяет утверждать, что на момент наблюдения галактике уже было 200-300 миллионов лет (тяжелые элементы образуются на последних этапах жизни звезд). Это означает, что MACS 1149-JD зародилась спустя всего 200 миллионов лет после Большого взрыва.
Открытие столь удаленной галактики стало возможным благодаря эффекту гравитационного линзирования. Свет от удаленного объекта проходил вблизи массивного галактического скопления MACS J1149+2223. Под воздействием гравитации свет фокусировался — один из эффектов теории относительности Эйнштейна — и ученые смогли увидеть MACS 1149-JD. Для работы они использовали телескопы "Хаббл" и "Спитцер".