"Вебб" виявив у ранньому Всесвіті "вивернуту назовні" галактику

Астрономи за допомогою космічного телескопа Джеймса Вебба (JWST) виявили "вивернуту назовні" галактику у ранньому Всесвіті, всього через 700 млн років після Великого вибуху. Вона має найщільнішу колекцію зірок у своєму ядрі, однак щільність зменшується в міру віддалення від центру до галактичних "околиць", надаючи галактиці вивернутої навиворіт форми.

Про відкриття розповідають в Кембридзькому університеті.

Хоча вчені бачили, як галактики подібної форми формуються за останні 10 мільйонів років -- про що є чимало у новинах про космос, -- унікальна здатність JWST зазирнути на мільярди років у минуле дозволила виявити справді давню галактику, яка зароджувалася у такий самий спосіб.

"Питання про те, як галактики еволюціонують протягом космічного часу, є важливим в астрофізиці", - говорить доктор Сандро Таккелла з Кембридзької Лабораторії Кавендіша та співавтор дослідження, опублікованого в журналі Nature Astronomy.

"У нас є багато чудових даних за останні десять мільйонів років і для галактик у нашому куточку Всесвіту, але тепер, завдяки Веббу, ми можемо отримувати дані спостережень за мільярди років у минулому, досліджуючи перший мільярд років космічної історії, що відкриває безліч нових питань".

Астрономи загалом погоджуються, що галактики, які вивчали попередні телескопи та які утворилися за останні 10 мільйонів років, зазвичай формуються одним з двох способів. Одні збирають, або акреціюють, газ з навколишньої хмари та використовують його як матеріал і паливо для нового зореутворення, тоді як інші галактики ростуть шляхом злиття з меншими галактиками. За словами авторів дослідження, знахідка галактики, що отримала назву NGC 1549, яка так швидко дозріла лише через 700 мільйонів років після Великого вибуху, може допомогти їм відповісти на давні питання про те, як формувалися галактики протягом історії Всесвіту.

"Очікується, що галактики починаються з малих, коли хмари газу стискаються під дією власної гравітації, утворюючи дуже щільні ядра зірок і, можливо, чорні діри", - пояснює Таккелла. "У міру зростання галактики та посилення зореутворення вона нагадує фігуриста, який обертається: коли фігурист витягує руки, він набирає імпульс і обертається все швидше та швидше".

Галактики працюють дещо схожим чином. З плином часу, коли газ накопичується все далі й далі, галактика розкручується все швидше й швидше. За словами Таккелли, це пояснює, чому галактики часто мають форму спіралі або диска.

Ця робота, що є частиною проєкту JADES (Розширений позагалактичний огляд JWST), включала сканування різних світлових спектрів, що надходять від NGC 1549, за допомогою передових інструментів "Вебба". Ці дані дозволили команді оцінити кількість і розташування старих і молодих зірок, які вони змогли перетворити в оцінки зоряної маси та швидкості зореутворення.

На диво, команда виявила, що щільність ядра галактики подібна до масивних еліптичних галактик, які спостерігаються сьогодні, хоча вони мають у 1000 разів більше зірок, ніж NGC 1549. Вони також помітили розподіл зоряних утворень всередині галактики, який зазвичай асоціюється з набагато молодшими галактиками. Команда каже, що їхні моделі передбачали такий тип зоряних утворень. Але до JWST, озирнувшись на 13 мільйонів років назад, підтвердити ці моделі було неможливо.

"Однією з багатьох причин, чому Вебб є настільки трансформаційним для нас, астрономів, є те, що ми тепер можемо спостерігати те, що раніше було передбачено за допомогою моделювання", - сказав співавтор дослідження Вільям Бейкер, аспірант Лабораторії Кавендіша. "Це все одно, що мати можливість перевірити домашнє завдання".

Через компактну природу цієї вивернутої навиворіт галактики, команда каже, що окремі зображення, зібрані JWST, були "змодельовані вперед", щоб врахувати "інструментальні ефекти" під час процесу збору даних. Це моделювання, яке містило врахування поглинання пилу та викидів газу, виявило безліч старих зірок в ядрі галактики й активне зореутворення в навколишньому зовнішньому диску. Вони навіть побачили другий "згусток" зореутворення далі.

Моделювання також показало, що зоряна маса на околицях галактики подвоюється кожні 10 мільйонів років. Дослідники кажуть, що це "дуже швидко", оскільки наша галактика Чумацький Шлях, як очікується, подвоює свою масу кожні 10 мільярдів років.

У висновках дослідження автори зазначають, що їхній початковий аналіз NGC 1549 вказує на те, що умови в ранньому Всесвіті могли кардинально відрізнятися від сучасних. Зокрема, вони припускають, що щільне галактичне ядро та висока швидкість зореутворення можуть означати, що ранній всесвіт був багатий газом, необхідним цій вивернутій навиворіт галактиці для утворення нових зірок з такою швидкістю. Однак вони також визнають, що потрібно більше спостережень за галактиками, сформованими в цей давній період, щоб запропонувати переконливі докази того, що ранній Всесвіт кардинально відрізнявся від сучасного.

"Звичайно, це лише одна галактика, тому нам потрібно знати, що робили інші галактики в той час", - каже Таккелла. "Чи всі галактики були схожі на цю? Зараз ми аналізуємо подібні дані з інших галактик".

"Розглядаючи різні галактики протягом космічного часу, ми зможемо реконструювати цикл зростання та продемонструвати, як галактики виростають до своїх сьогоднішніх розмірів", - додала Таккелла.