У південному сузір'ї Формація є маленька ділянка неба, яка виглядає як будь-яка інша. Ваші очі могли проходити повз неї сотні разів без жодної думки.

Проте ця, на перший погляд, непомітна частина космосу є однією з найкраще задокументованих у небі. Телескоп Хаббл спостерігав за нею більше 270 годин, щоб отримати своє знаменитий Ультрадовге поле (HUDF), в якому міститься майже 10 000 галактик, що простягаються на мільярди світлових років у Всесвіті.

Коли телескоп Джеймса Вебба (JWST) був запущений, було природно, що його золоті дзеркала звернуться до тієї ж області космосу, використовуючи свої значно чутливіші інфрачервоні можливості, щоб знайти те, що Хаббл міг пропустити.

Тепер він виявив, що ділянка космосу, яку астрономи вивчали десятиліттями, може ще мати деякі сюрпризи.

У маленькому кутку цього маленького поля JWST зафіксував дивний сигнал – не один раз, а двічі, під час спостережень, які відбулися майже через три місяці.

Є лише одна проблема. У всіх попередніх спостереженнях як JWST, так і Хаббла там абсолютно нічого не було.

Це не означає, що там немає нічого – можливо, є щось занадто тьмяне, щоб виявити, що короткочасно випустило потужний спалах – але це робить цей сигнал загадкою, яка наразі не має задовільного пояснення.

Щоб зрозуміти, чому цей сигнал такий дивний, спочатку потрібно знати трохи більше про те, як астрономи вивчають Всесвіт.

Коли ви дивитеся в оптичний телескоп, ви бачите зображення, сформоване з світла, зібраного його дзеркалом. Це те, що ви бачите, коли дивитеся на HUDF – композит зображень, зроблених через різні фільтри, кожен з яких захоплює певний діапазон довжин хвиль.

Але деякі телескопи також можуть розділяти світло на різні довжини хвиль – подумайте про те, як приз може розділити біле світло на веселку, але на набагато більш детальному рівні.

Це може виявити особливості в світлі, які важко розрізнити в багатодіапазонному зображенні. Наприклад, якщо ви зберете все світло від Сонця, воно виглядає білим; але коли його розділити на спектр, ви побачите темні лінії, де певні довжини хвиль були поглинуті атомами в сонячній атмосфері.

Астрономи використовують техніку, звану спектроскопією, щоб виявити ці поглинальні та випромінювальні лінії, що є розумним способом визначити хімічний склад та інші властивості астрофізичних об'єктів.

Астроном Мейсон Хуберті з Університету Міннесоти та його колеги хотіли спробувати щось трохи інше.

Замість того, щоб використовувати спектроскопію для вивчення вже відомих об'єктів, вони хотіли дізнатися, чи можна використовувати близькоінфрачервоний спектрограф JWST (NIRSpec) як інструмент для знаходження об'єктів, які ще не були виявлені.

Зазвичай астрономи вибирають відомі цілі з існуючих спостережень, а потім позиціонують маленькі штори інструмента так, щоб світло від вибраної цілі потрапляло в спектрограф. Це дуже корисна техніка, але має одне обмеження – вона залежить від знання, де знаходиться ціль.

Хуберті та його команда зробили практично протилежне.

Вони відкрили майже всі штори, закривши лише ті, що покривали відомі об'єкти на передньому плані, виявлені в попередніх спостереженнях Хаббла, світло яких могло б забруднити спектри, які вони хотіли зібрати.

Потім вони розділили зібране світло на спектри та шукали в отриманих даних випромінювальні лінії.

І вони зробили це двічі – під час двох спостережень, які відбулися через 88 днів у серпні та листопаді 2023 року, і, що важливо, під різними кутами спостереження. Це допомогло б усунути артефакти та збої.

Мета полягала в тому, щоб знайти тьмяні, віддалені об'єкти, які традиційні спостереження могли пропустити, використовуючи техніку, звану Мультиоб'єктна коронографія для безшовної спектроскопії (MOCSS).

HUDF був ідеальним полігоном для тестування, оскільки його багатство існуючих спостережень дозволяло дослідникам перевіряти свої результати з відомими галактиками.

І це спрацювало. Після всього шість виявлень, які відповідали їхнім суворим критеріям, могли бути співвіднесені з віддаленими галактиками в HUDF.

Проблема полягала в сьомому виявленні.

Це була одна яскрава лінія, яка з'явилася в обох спостереженнях у ближньому інфрачервоному діапазоні на приблизно 1,6 мікрометра. У ізоляції це не так вже й дивно; ближнє інфрачервоне випромінювання є дуже нормальним.

Але ізоляція викликала драму. Не було жодної іншої випромінювальної лінії, що супроводжувала її – і в попередніх спостереженнях Хаббла та JWST нічого іншого не було видно в цій ділянці космосу.

Це також не можна легко пояснити як збій. Вона з'явилася у всіх чотирьох наборах комбінованих експозицій, у обох орієнтаціях спостереження, через 88 днів, і вимірювання були послідовними.

Ось справжній сюрприз. Випромінювальна лінія була настільки яскравою, що вона повинна була з'явитися в ранніх зображеннях JWST.

Якщо б вона була присутня під час опитування JADES, проведеного в жовтні 2022 року, телескоп не міг би її пропустити.

Це піднімає можливість того, що, можливо, її тоді не було.

Але просто одна лінія дійсно важко ідентифікувати, якщо ви не знаєте точно, як далеко вона знаходиться. Це тому, що, оскільки космос розширюється, він розтягує світло на все більш червоні довжини хвиль.

Отже, інфрачервоний фотон може бути енергійним світлом з дуже далекого відстані або менш енергійним світлом з набагато ближчого; вам потрібно більше інформації, ніж просто його довжина хвилі, щоб зрозуміти, що це таке – і як воно було вироблено.

Є кілька різних речей, які можливо могли б виробити випромінювальну лінію – з чотирма основними підозрюваними, жоден з яких не підходить ідеально.

Галактика в ранньому Всесвіті є першою в списку, але має дві основні проблеми – ця випромінювальна лінія мала б труднощі з проходженням через нейтральний водень, який заповнював ранній Всесвіт, і вона повинна була з'явитися в спостереженнях JADES.

Більш нова галактика також може бути винуватцем, але, крім проблеми з JADES, вона повинна мати інші випромінювальні лінії, а не лише одну.

Це могло бути суперновою, але знову ж таки, вона повинна була б виробити іншу випромінювальну лінію, яка не була виявлена.

І нарешті, чорна діра, що розриває зірку, може виробити сильну випромінювальну лінію, навіть без великої кількості іншого виявленого світла. Але недостатньо доказів, щоб встановити, що це те, що сталося.

Отже, залишається лише одне.

"Цей об'єкт є надзвичайно незвичайним і досліджує екстремальні фізичні умови," пишуть дослідники.

"Подальші спостереження є необхідними для підтвердження червоного зсуву та визначення фізичного походження випромінювання ... Глибші, більш чутливі спектроскопії можуть виявити додаткові випромінювальні лінії та остаточно встановити червоний зсув і природу джерела."

Дослідження було опубліковано в Астрономічному журналі.