Группа астрономов во главе с Брайаном Уэлчем (Brian Welch) из Университета Джона Хопкинса в Балтиморе сообщила об обнаружении самой далекой звезды на сегодняшний день, найденной в ходе анализа данных обзора RELICS (Reionization Lensing Cluster Survey), проводившегося космическим телескопом «Хаббл», который вел наблюдения за 41 массивным скоплением галактик.

Одной из целей наблюдений была дуга линзированной галактики WHL0137-zD1, которая получила обозначение «Дуга восхода Солнца» (Sunrise Arc) и характеризуется значением красного смещения z=6,2. Дуга видна благодаря гравитационной линзе, в роли которой выступает скопление галактик WHL0137–08, характеризующееся значением красного смещения z=0,566. В дуге ученые обнаружили сильно увеличенную звезду, находящуюся на вершине критической кривой линзирования – она получила обозначение WHL0137-LS или «Эарендиль» (Earendel, «утренняя звезда»).

Абсолютная звездная величина звезды, определенная в ультрафиолетовом диапазоне, оценивается в −10, что соответствует одиночной и очень массивной звезде. Она может быть либо массивной звездой О-типа, находящейся на главной последовательности, с эффективной температурой примерно 60 тысяч кельвинов и массой более ста масс Солнца, либо проэволюционировавшей звездой О-, В- или А-типа с массой более 40 масс Солнца и температурой от 8 до 60 тысяч кельвинов.

Звезда существовала во времена, когда возраст Вселенной составлял 900 миллионов лет. Предыдущей рекордно далекой звездой была LS1 или «Икар» – она существовала во времена, когда возраст Вселенной составлял около 4,4 миллиардов лет.

Далекая звезда находится в галактике Sunrise Arc («Дуга Восхода»). «Эарендел» – это неофициальное название. Его дали в честь персонажа из книги Джона Р.Р. Толкина «Сильмариллион». По сюжету он путешествовал на корабле по небу и стал самой яркой звездой на небосводе Средиземья.

Благодаря новым исследованиям и работе «Уэбба» специалисты подтвердили, что «Эарендел» является отдельной звездой, а не скоплением. Она находится более чем на 10 млрд световых лет дальше, чем звезда, которую астрономы прежде считали самой дальней. Свет от «Эарендела» шел до Земли порядка 13 млрд лет. Сейчас мы видим ее такой, какой она была примерно через 900 млн лет после Большого взрыва.

Звезда является кратной, меньший компонент красный и более холодный.

В 2011 году ученые из Нидерландов, США и Швейцарии сообщили о вероятной регистрации света от массивного звездного скопления с более чем десятикратным красным смещением, который был испущен, когда возраст Вселенной не превышал 480 миллионов лет. Отсюда следует, что светила первого поколения (по традиции их называют звездами населения III) существовали уже и в ту космическую эпоху.

Согласно различным астрофизическим моделям, процесс звездообразования в нашей Вселенной мог начаться в промежутке 50–300 миллионов лет после Большого взрыва. Однако обнаружить отдельные светила столь почтенного возраста неизмеримо труднее, нежели зарегистрировать содержащее их звездное скопление.

Излучение таких звезд доходит до Земли в виде чрезвычайно слабых фотонных потоков, сдвинутых красным смещением в ближнюю инфракрасную зону. Выделить столь эфемерные сигналы на фоне излучения материнских галактик – крайне непростая задача. Поэтому не приходится удивляться, что самая старая звезда, которую ранее удалось зарегистрировать с помощью оптики «Хаббла», прислала свой свет на Землю с красным смещением всего лишь 1,5, что соответствует возрасту порядка четырех миллиардов лет.

Информация об открытии этого исполинского светила из семейства голубых сверхгигантов появилась в 2018 году. Оно произошло лишь благодаря тому счастливому случаю, что звездный свет, путешествуя через космическое пространство, прошел вблизи края мощного галактического скопления MACS J1149+2223, удаленного от нас на 5 миллиардов световых лет, и поэтому был отклонен и сфокусирован его тяготением.

В результате этого эффекта гравитационного линзирования видимая яркость звезды выросла настолько, что аппаратура «Хаббла» смогла ее сфотографировать. Первооткрыватели дали своей находке весьма романтическое имя – Икар (в каталогах она фигурирует под куда менее приятным названием MACS J1149 Lensed Star 1).

Стоит отметить, что в 2015 году то же самое скопление галактик MACS J1149+2223 помог обнаружить очень далекую сверхновую, взорвавшуюся за 9,3 миллиарда световых лет от Солнца.

Новоткрытая звезда была выявлена благодаря такому же зигзагу удачи. О ее существовании говорит наблюдение светящегося объекта внутри галактики WHL0137-zD1, чье красное смещение составляет 6,2±0,1. Интенсивность дошедшего от нее света была многократно усилена прохождением вблизи обнаруженного в начале 2010-х годов скопления галактик WHL0137-08, чье излучение сдвинуто в красную сторону спектра с довольно скромным смещением 0,566. Этот источник наблюдался в течение трех с половиной лет, причем за это время его яркость оставалась практически неизменной.

В астрономические каталоги он попал с индексом WHL0137-LS, однако команда первооткрывателей окрестила его Earendel – «Утренняя Звезда» в переводе со староанглийского. Почитатели Джона Рональда Руэла Толкина сразу поймут, что это имя навеяно его книгами.

Разумеется, новую звезду (точнее, пока еще кандидата на эту роль) было невозможно идентифицировать, просто рассматривая изображения, сделанные в инфракрасном канале широкопольной камеры «Хаббла» Wide Field Camera 3, которая успешно трудится на благо науки с 2009 года. Оцифрованная первичная информация была обработана на основе ряда сложных алгоритмов, а затем «провернута» через пять различных моделей, описывающих процессы гравитационного линзирования.

В результате был получен набор данных, которые позволили оценить предполагаемые параметры источника зарегистрированных инфракрасных фотонов. Например, ученые пришли к выводу, что его максимальные геометрические размеры не превышают 0,36 парсек, а скорее всего в несколько раз меньше. Поскольку радиус самого компактного из известных звездных скоплений составляет 0,7 парсек, эта оценка стала сильным аргументом в пользу того, что Earendel представляет собой либо одиночную звезду, либо, что не исключено, двойную звездную систему.

Ученые признают, что собранные данные не позволяют с уверенностью охарактеризовать главные параметры предполагаемой звезды – массу и светимость. Они допускают, что Earendel – это сверхгигант спектрального класса О с массой свыше ста солнечных масс и эффективной температурой поверхности порядка 60 тысяч кельвинов. Однако не исключено, что его в конечном счете придется отнести к «нижележащим» спектральным классам В или даже А.

Также возможно, что его масса находится в диапазоне от 40 до 100 солнечных масс, а нижняя граница поверхностной температуры составляет порядка 8 тысяч кельвинов. Уточняя эти оценки, авторы резюмируют, что масса «Утренней Звезды» скорее всего не менее 50 и не более 100 масс Солнца, а температура поверхности, вероятно, превышает 20 тысяч кельвинов. Для выяснения этих вопросов опять-таки понадобятся данные со спектроскопического приборного комплекса «Джеймса Уэбба». В общем, работы там много. Полученные результаты смогут использовать теоретики астрофизики.

Как считает профессор Гарварда Ави Лёб (Avi Loeb), «настолько древняя звезда может принадлежать к самому первому поколению звезд Вселенной и поможет нам разобраться в условиях звездообразования на заре эволюции галактик».

Почти 13 млрд световых лет – дистанция умопомрачительная даже для столь зоркого телескопа, как "Хаббл". Обычно на таком расстоянии его оптика способна разглядеть лишь крупные галактики, в каждой из которых миллионы звезд. И все же космической обсерватории НАСА удалось разглядеть на краю вселенной древнюю звезду Эрендел (Earendel) – благодаря физическому явлению, предсказанному теорией относительности.

Когда свет далекой звезды "натыкается" на своем пути на какой-то массивный (по космическим меркам) объект – например, нейтронную звезду или скопление галактик, – гравитационное поле, создаваемое этим объектом, искривляет пространство вокруг себя, меняя траекторию световых лучей, которые в результате идут в обход, получая при этом дополнительный импульс .

В науке этот феномен известен как "гравитационное линзирование", поскольку массивное тело выступает здесь в качестве линзы, усиливая световые лучи.

Обычно при помощи этого метода ученые открывают далекие галактики, но в данном случае повезло отдельно взятой звезде: ее свет лучи были усилены настолько, что попали в телескоп.

Предыдущий рекорд удаленности принадлежал звезде под названием Икар. Ее тоже отыскал "Хаббл" – на расстоянии "всего" 9 млрд световых лет от Земли.

Эрендел находится значительно дальше, и мы наблюдаем звезду в то время времени, когда с момента Большого взрыва прошло каких-то 900 млн лет, и вселенная была во младенчестве.

Кстати, название звезды Эрендел (на самом деле официально она именуется совсем не так романтично – WHL0137-LS) никак не связано с волшебным королевством Эрендел из диснеевского мультфильма "Холодное сердце", а происходит от староанглийского слова, означавшего "утреннюю звезду". Да и на снимке "Хаббла" это скорее лишь тусклое пятно.

Другое дело, что в глазах открывших ее астрономов Эрендел выглядит совсем иначе. При этом они охотно признают, что им пока мало что известно об этой звезде. Они даже не могут с уверенностью сказать, какого она размера: понятно, что как минимум в 50 раз больше нашего Солнца, то есть одна из самых крупных из обнаруженных до сих пор звезд, но может статься, что на самом деле она значительно больше, раз в 500!

Не исключено также, что "Хаббл" засек так называемую бинарную звезду, то есть по сути две звезды, орбиты которых расположены близко друг от друга. Это весьма распространенное явление, но в таком случае одна из звезд должна быть существенно массивнее другой, и именно ее световой сигнал будет доминирующим.

Есть, правда, и альтернативное объяснение: Эрендел – на самом деле никакая не далекая звезда, свет от которой преломился и усилился, проходя мимом скопления галактик, а объект на переднем плане с похожим на звезду световым почерком, к примеру, коричневый карлик. Однако это маловероятно, поскольку за 5 лет наблюдений объект оставался статичным, в то время как расположенный намного ближе карлик должен был бы немного подвинуться в пространстве.

Одной из самых увлекательных загадок остается состав новой-старой звезды. У астрономов есть поводы предполагать, что Эрендел – одна из первичных звезд, образовавшихся из первозданного газа, возникшего в результате Большого взрыва.

Теория гласит, что первые звезды состояли лишь из водорода и гелия, однако это означало, что они быстро, в течение каких-то миллионов лет, выгорали, после чего происходил их коллапс. И лишь после того, как звезды "разжились" тяжелыми элементами, космическое пространство стало выглядеть таким, как мы привыкли.

Но если Эрендел – и в самом деле первичная звезда, то протянуть после Большого взрыва 900 млн лет она могла лишь в том случае, если образовалась из изолированного, неразбавленного облака газа – а это, хоть и возможно, все же очень маловероятно.