Подробное исследование международного коллектива ученых опубликовано в журнале Nature. Статья, озаглавленная «Излучение 5% фотонов излучения серии Лаймана от галактик с высоким красным смещением и активным образованием звезд», посвящена явлению, которое использовалось астрономами для поиска наиболее удаленных галактик. Из нее следует то, что число галактик было существенно недооценено.

Ультрафиолет

Исследователи из Великобритании, Испании, США, Франции, Швеции и Швейцарии проанализировали ультрафиолетовое излучение, которое физики называют «серией Лаймана». Его открыл американский ученый Теодор Лайман в 1906 году во время экспериментов по изучению спектра атома водорода. Позже, с появлением квантовой механики, оно получило более четкое объяснение.

Спектр атома водорода в видимом свете, набор линий, называемой серией Бальмера. Серия Лаймана уже невидима - она приходится на ультрафиолетовое излучение

Сверху - фрагмент солнечного спектра, снятый в отражении от компакт-диска обычным фотоаппаратом. Снизу - спектр, полученный при помощи телескопа и спектроскопа: видно, что радуга далеко не непрерывна. Провалы в спектре возникают при поглощении света каким-либо веществом, если же вещество само излучает - то видны яркие линии на темном фоне.

Что такое «серия» на языке физиков? Если на свечение раскаленного водорода или иного газа посмотреть через призму или, используя отражение в поверхности компакт-диска, то можно увидеть радужный спектр. При рассмотрении через качественный спектроскоп он оказывается не сплошным, а состоящим из многих узких линий определенного цвета. Совокупность таких линий специалисты по спектральному анализу назвали «сериями».

Каждая линия возникает при переходе электрона с одной орбиты на другую и для астрономов одна из таких линий с кодовым обозначением Лайман-альфа (первая линия в серии Лаймана) играет очень важную роль. Почему? Потому что именно такое излучение проще всего зарегистрировать от самых далеких галактик, по крайней мере, так считалось вплоть до недавнего времени. Ученые, конечно, отдавали себе отчет в том, что часть галактик при этом теряется, но вот какая часть — оставалось неясным.

Авторы статьи в Nature рассчитали процент фотонов линии Лайман-альфа, который так и не вылетает за пределы галактик. Водород, который излучает эти фотоны, их же и поглощает, поэтому далеко не все кванты света («фотон» и «квант света» — синонимы) попадают в телескопы астрономов. Согласно опубликованным расчетам, теряется 19 фотонов из 20!

Это очень много и уже в аннотации своей работы ученые говорят о том, что все ранее сделанные оценки числа наиболее удаленных галактик надо пересмотреть на порядок. Согласно предварительным данным, их число может быть больше в десять раз, чем предполагалось до сих пор.

Уточнения к уточнению

Необходимо сделать несколько оговорок — неправильно оценивалось не общее число галактик, а только число самых далеких (до которых около 10 млрд световых лет), и говорить о «перевороте в астрономии» пока не следует. Ученые указали, что наряду с наблюдением за ультрафиолетовым излучением линии Лайман-альфа есть и другие, более точные методы. Можно, к примеру, искать галактики при помощи другого излучения — красной линии H-альфа.

Линия H-альфа (от латинской H, химический символ водорода) практически не поглощается облаками газа, и ее видно намного лучше, чем первую линию серии Лаймана. Именно сопоставление данных, полученных при наблюдении за H-альфа и Лайман-альфа сериями, позволило астрономам убедиться в правомерности своих оценок, так что вместе с опровержением одного метода был тут же предложен и другой, более точный.

Самые дальние

Самые далекие небесные тела являются одновременно и самыми сложными для наблюдения. На сегодняшний день рекорды астрономии таковы:

• • самая дальняя планета найдена в туманности Андромеды, соседней галактике

• • вспышка от гибели звезды во время взрыва сверхновой зафиксирована на расстоянии в 13 млрд световых лет

• • до самой дальней группы галактик (именно группы, а не отдельной галактики) — 10 млрд световых лет

Напомним, что световой год — это расстояние, которое свет проходит за год. До ближайшей звезды, Проксимы Центавра, около 3,5 световых года, а солнечный свет достигает Земли за восемь минут.