13 марта полностью вступил в строй мощный интерферометр ALMA (The Atacama Large Millimeter / submillimeter Array). Из 66 запланированных антенн пока не работают только семь, которые проходят последние этапы тестирования. Открытие, которым телескоп отметился к моменту полного запуска, относится к области звездообразования. С помощью интерферометра удалось показать, что всплески активного звездообразования начали образовываться во Вселенной намного раньше, чем считается. Принято считать, что в молодой Вселенной основную ношу по рождению новых звезд на себя взяла часть галактик, которые отдельно выделены в группу активного звездообразования (starburst galaxies). Частота рождения новых звезд в них была в сотни раз выше, чем в Млечном пути – крупной, полностью сформировавшейся галактике почтенного возраста в принявшей устойчивые очертания Вселенной. Вскоре после Большого взрыва ситуация была другой. Большое количество легкой материи – водорода и гелия – использовались для образования первых звезд, бывших короткоживущими гигантами. Быстро умирая, они выбрасывали во Вселенную более тяжелые элементы, которые в активных галактиках немедленно шли в дело – образование следующего поколения звезд. Время, когда происходило это обогащение Вселенной тяжелыми элементами и постоянные смерти короткоживущих звезд, может быть установлено с точностью, которую позволяют нам современные телескопы. Чем дальше мы можем увидеть, тем более молодая Вселенная открывается нашему взору. В этом деле силен новый интерферометр, позволяющий изучать излучение, шедшее к нам миллиарды лет от первых звезд.

«Чем дальше от нас галактика, тем глубже во времени мы смотрим, изучая ее. Поэтому, определяя расстояния до галактик, мы можем понять, насколько бурно происходило звездообразование во Вселенной именно в то время, которое соответствует времени наблюдения этой галактики. Так мы можем сделать для всех 13.7 миллиардов лет ее истории», – говорит Иоахим Виейра (Joaquin Vieira), сотрудник Калифорнийского Технологического Института, первый автор публикации открытия в Nature.

На самом деле, открытие было сделано не с помощью ALMA. Далекие галактики с активным звездообразованием были замечены с помощью 10-метрового телескопа, находящегося на Южном полюсе нашей планеты. По его наводке на галактики был нацелен интерферометр, который способен изучить их с большим разрешением и точностью. В частности, удалось точнее определить расстояния до молодых звездообразующих галактик, и оно оказалось заметно больше сделанной раньше оценки. Вспышки звездообразования, таким образом, сместились на целый миллиард  лет вглубь времен – активное рождение светил теперь можно проследить до 12 миллиардов лет назад. Для некоторых изученных интерферометром галактик это время еще меньше. Две галактики – самые дальние из всех тех, в которых мы видим активное звездообразование. Всего через миллиард лет после Большого взрыва они начали неустанно перерабатывать межзвездный газ. В этих же галактиках были найдены самые древние на данный момент спектральные сигналы воды. Может быть, около самых первых звезд уже начала зарождаться жизнь? Если так, то судьба ее была незавидной из-за короткого срока жизни светил до того, как Вселенная наполнилась тяжелыми элементами.

Всего интерферометром ALMA наблюдалось 26 галактик, при этом длина волны наблюдений составила 3 миллиметра. За счет определения, насколько сместились в красную сторону спектра характерные линии испускания межзвездного газа в районе 3 миллиметров, галактикам может быть приписан возраст Вселенной, для которого они наблюдаются. Интерферометру ALMA нужно всего несколько минут, чтобы проделать эту операцию с одной галактикой. Это дает выигрыш во времени в сто раз по сравнению с некоторыми еще не устаревшими радиотелескопами. Что еще важнее, нет необходимости комбинирования различных данных – полученных радиотелескопом и оптическими аппаратами.

Диапазон спектральной чувствительности ALMA достаточно широк, чтобы проделать всю работу самостоятельно. Для некоторых галактик, правда, все же пришлось привлечь наблюдения других аппаратов. Из тарелок самого интерферометра использовались всего 16 штук. Это связано с процессами строительства решетки. К тому времени, когда все его тарелки вступят в строй, будет закончена работа по отбору еще большего числа далеких, но достаточно ярких для детального изучения галактик. Этот отбор и для уже проведенных, и для будущих наблюдений проводится с учетом гравитационного линзирования – без помощи усиления света массивными объектами увидеть самые древние галактики, даже с активным звездообразованием, практически невозможно.

Из-за этого изображения получаются деформированными – красноватые кольца на представленных снимках, которые, конечно, не соответствуют реальной форме галактик. В центре этих колец, часто называемых кольцами Эйнштейна и составленных и отдельных небольших арок, можно увидеть тот объект, который действует гравитационной линзой. При наличии нескольких равномощных линз картина усложняется. Из-за того, что главным работником в линзировании является темная материя, фоновое изображение не заслоняется, тогда как увеличение далеких галактик составляет до 22 раз. Это первое исследование, в котором было проведено массированное наблюдение не в оптическом диапазоне с использованием гравитационного линзирования.