В 2008 году орбитальный телескоп «Хаббл» заглянул в такую даль Вселенной, куда раньше не добирался ни один инструмент. С помощью естественного космического усилителя — гравитационной линзы — он разглядел десять галактик, свет от которых шёл до нас около 13 миллиардов лет. Это значит, что мы видим их такими, какими они были, когда самой Вселенной исполнилось всего 700 миллионов лет — младенчество по космическим меркам.

Линза размером со скопление галактик

Гравитационное линзирование — эффект, предсказанный Эйнштейном в общей теории относительности. Массивные объекты, такие как звёзды или целые галактики, искривляют пространство-время вокруг себя. Когда свет от далёкого источника проходит через эту искривлённую область, его лучи изгибаются и фокусируются — совсем как в обычной оптической линзе. В результате тусклые и крошечные объекты на заднем плане становятся ярче и крупнее, иногда многократно.

Именно такой естественный телескоп и помог «Хабблу». Без него обнаружить эти галактики было бы невозможно — они находятся на пределе чувствительности даже для космического телескопа. Наземные обсерватории здесь бессильны: атмосфера Земли размывает и без того слабый сигнал.

Сам «Хаббл» работает на орбите с апреля 1990 года. Его главное зеркало диаметром 2,4 метра позволило совершить немало открытий, и телескоп регулярно обслуживается астронавтами. На момент наблюдений следующая экспедиция к нему планировалась на октябрь 2008 года.

Охота за инфракрасными призраками

Учёные комбинировали снимки, сделанные камерами «Хаббла» в видимом и инфракрасном диапазонах. Их интересовали объекты, которые из-за колоссального красного смещения видны только в инфракрасном свете. Красное смещение возникает, когда свет от удалённых галактик растягивается по мере расширения Вселенной, сдвигаясь в длинноволновую часть спектра. Чем дальше галактика, тем сильнее смещение.

Обнаруженные десять галактик показали красное смещение около 7,5. Это соответствует расстоянию примерно в 13 миллиардов световых лет и возрасту Вселенной всего 700 миллионов лет после Большого взрыва. Для сравнения: сегодня возраст Вселенной оценивается в 13,7 миллиарда лет.

Маленькие, но многочисленные

Находка заставила пересмотреть вопрос о том, как именно Вселенная становилась прозрачной. В первые сотни миллионов лет после Большого взрыва космос был заполнен непрозрачным водородным газом. Затем, в период между 300 и 600 миллионами лет, произошла реионизация — газ ионизировался под действием излучения первых звёзд и галактик, и Вселенная стала пропускать свет. Но что было источником этой энергии?

Джон Ричард из Калифорнийского технологического института объяснил: «Мы знаем, что Вселенная реионизовалась в первые 500–600 миллионов лет после Большого взрыва, но не знаем, произошло это за счёт энергии небольшого числа гигантских галактик или же благодаря множеству маленьких». Обнаружение сразу десяти галактик с красным смещением 7,5 склоняет чашу весов в пользу второго варианта. Похоже, основную работу выполнили многочисленные небольшие галактики, а не редкие гиганты.

Как отметил Жан-Поль Нейб, рассмотреть эти объекты удалось только благодаря гравитационной линзе — без неё «Хаббл» просто не смог бы их выделить. Это открытие не только расширяет границы наблюдаемой Вселенной, но и даёт ключ к пониманию её ранней эволюции. И, пожалуй, напоминает, что даже самые совершенные инструменты иногда нуждаются в помощи самой природы.