Скорость звездообразования в истории Вселенной распределена не равномерно, в ней наблюдался один отчетливый пик. Сейчас, например, звезды рождаются очень медленно. Крупные, древние галактики вроде Млечного пути имеют лишь небольшой запас газа для рождения новых светил, хотя иногда он собирается в сгустки, давая рождение скоплениям молодых звезд в старых галактиках. В молодой Вселенной дела обстояли иначе. Она была заполнена небольшими галактиками, которые не успели ни родить очень много звезд, ни слиться вместе достаточное число раз, чтобы родился гигант. В них также звездообразование шло медленно, хотя и быстрее чем сейчас, ведь большая часть материи еще не была пристроена в звездах. А вот когда Вселенной исполнилось несколько миллиардов лет, в ней начался бум звездообразования. В это время, с одной стороны, галактики уже стали крупными и богатыми газом, а с другой – этого газа во Вселенной еще было много в свободном виде. Набирающие массу, огромное число фабрик новых звезд стало доминирующей структурой во Вселенной.

Однако как сейчас мы наблюдаем современные места активного звездообразования, так и в молодой Вселенной встречались исключения из правил. Правда, тогда это были целые галактики, а не их части – небольшие звездные скопления. Галактика HFLS3, наблюдавшаяся сотрудниками Калтеха и их коллегами из нескольких организаций (всего в авторах публикации в Nature указаны 64 человека), оказалась крупной, наполненной до отказа газом и пылью галактикой во Вселенной возрастом всего в 880 миллионов лет. Скорость звездообразования в этой богатой материалом галактике составляла около 2900 солнечных масс в год – очень много, даже если бы она работала так на пике звездообразования во Вселенной. «Крупные очаги звездообразования должны были появиться на более поздних этапах истории, – говорит бывший (сейчас работает в Корнелле) сотрудник Института Доминик Ричерз. – Однако мы открыли этого колосса звездообразования всего через 880 миллионов лет после Большого взрыва, когда Вселенная прожила чуть более 6% своей жизни до настоящего момента».

Разумеется, открытие одной такой галактики не сможет опровергнуть современные теории образования галактик и звезд в них, однако оно может привести к более глубоким поискам других похожих структур или хотя бы уточнению имеющихся теорий, чтобы можно было если не предсказать, то хотя бы объяснить рождение подобных HFLS3 галактик в молодой Вселенной. Пока же HFLS3 – единственный интересный экземпляр. Несколько десятков активных галактик открыто во Вселенной возрастом в полтора миллиарда лет, но ни одной другой – так рано. Галактика полна различными молекулами газа – углекислым газом, аммиаком, водой. Поскольку при рождении Вселенной в ней образовались практически только водород и гелий и незначительное количество лития, обнаружение избытка различных химических элементов в молодой галактике указывает на очень активные процессы рождения и смерти звезд в ней, ведь именно термоядерные реакции в сердцах светил являются источником все более тяжелых химических элементов. Опять же, в молодой Вселенной галактике HFLS3 негде было позаимствовать все эти запасы, тем более типичные для стандартных галактик с активным звездообразованием времен пика этого процесса во Вселенной.

Галактика HFLS3 наблюдалась в основном благодаря своей основной особенности – активному звездообразованию. Обычно далекие галактики могут наблюдаться только с помощью гравитационного линзирования. Телескопы человечества слишком слабы, чтобы увидеть их без помощи какой-нибудь огромной галактики. А вот галактика HFLS3 линзируется очень слабо. Она просто неимоверно ярка благодаря своим рождающимся звездам. Она примерно в 2000 раз ярче Млечного пути. При этом из-за большого количества пыли и газа в ней оптическом диапазоне галактика практически не видна. Однако большое число молодых и крупных (из-за недостатка тяжелых элементов в молодой Вселенной) звезд нагревает пыль и газ, заставляя их светиться в инфракрасном диапазоне. Это излучение доступно орбитальной обсерватории Хершель, в поле зрения которого попала галактика. Она была найдена при проведении обзора галактик на большом участке неба, превышающего видимый размер Луны в 1300 раз.

Среди тысяч галактик, обнаруженных при обзоре, HFLS3 оказалась лишь небольшой точкой, но зато очень красной. Это и привлекло к ней внимание. Для такого цвета галактики есть два возможных объяснения. Либо она находится очень далеко и потому из-за ускоренного расширения Вселенной очень быстро удаляется от нас и потому ее спектр смещается в красную сторону, или же она очень холодная, что еще более интересно. Спектральный анализ позволяет легко различить эти два варианта, поэтому галактика HFLS3 хоть и не стала рекордно холодной, но зато оказалась рекордно далекой в своем классе. Дальнейшее изучение галактики проводилось с помощью наземных телескопов. Так, интерферометр CARMA и миллиметровые телескопы обсерватории на горе Мауна Кеа позволили определить химический состав галактики и расстояние до нее, а один из телескопов обсерватории Кека использовался для определения степени линзирования галактики.