"Уэбб" обнаружил в ранней Вселенной "вывернутую наружу" галактику

Астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) обнаружили "вывернутую наружу" галактику в ранней Вселенной, всего через 700 млн лет после Большого взрыва. Она имеет самую плотную коллекцию звезд в своем ядре, однако плотность уменьшается по мере удаления от центра к галактическим "окраинам", придавая галактике вывернутую наизнанку форму.

Об открытии рассказывают в Кембриджском университете.

Хотя ученые видели, как галактики подобной формы формируются за последние 10 миллионов лет -- о чем есть немало в новостях о космосе, -- уникальная способность JWST заглянуть на миллиарды лет в прошлое позволила обнаружить действительно древнюю галактику, которая зарождалась таким же образом.

"Вопрос о том, как галактики эволюционируют в течение космического времени, является важным в астрофизике", - говорит доктор Сандро Таккелла из Кембриджской Лаборатории Кавендиша и соавтор исследования, опубликованного в журнале Nature Astronomy.

"У нас есть много замечательных данных за последние десять миллионов лет и для галактик в нашем уголке Вселенной, но теперь, благодаря Веббу, мы можем получать данные наблюдений за миллиарды лет в прошлом, исследуя первый миллиард лет космической истории, что открывает множество новых вопросов".

Астрономы в целом соглашаются, что галактики, которые изучали предыдущие телескопы и которые образовались за последние 10 миллионов лет, обычно формируются одним из двух способов. Одни собирают, или аккрецируют, газ из окружающего облака и используют его в качестве материала и топлива для нового звездообразования, тогда как другие галактики растут путем слияния с меньшими галактиками. По словам авторов исследования, находка галактики, получившей название NGC 1549, которая так быстро созрела лишь через 700 миллионов лет после Большого взрыва, может помочь им ответить на давние вопросы о том, как формировались галактики на протяжении истории Вселенной.

"Ожидается, что галактики начинаются с малых, когда облака газа сжимаются под действием собственной гравитации, образуя очень плотные ядра звезд и, возможно, черные дыры", - объясняет Таккелла. "По мере роста галактики и усиления звездообразования она напоминает вращающегося фигуриста: когда фигурист вытягивает руки, он набирает импульс и вращается все быстрее и быстрее".

Галактики работают несколько похожим образом. С течением времени, когда газ накапливается все дальше и дальше, галактика раскручивается все быстрее и быстрее. По словам Таккеллы, это объясняет, почему галактики часто имеют форму спирали или диска.

Эта работа, являющаяся частью проекта JADES (Расширенный внегалактический обзор JWST), включала сканирование различных световых спектров, поступающих от NGC 1549, с помощью передовых инструментов "Уэбба". Эти данные позволили команде оценить количество и расположение старых и молодых звезд, которые они смогли преобразовать в оценки звездной массы и скорости звездообразования.

На удивление, команда обнаружила, что плотность ядра галактики подобна массивным эллиптическим галактикам, которые наблюдаются сегодня, хотя они имеют в 1000 раз больше звезд, чем NGC 1549. Они также заметили распределение звездных образований внутри галактики, которое обычно ассоциируется с гораздо более молодыми галактиками. Команда говорит, что их модели предсказывали такой тип звездных образований. Но до JWST, оглянувшись на 13 миллионов лет назад, подтвердить эти модели было невозможно.

"Одной из многих причин, почему Уэбб является настолько трансформационным для нас, астрономов, является то, что мы теперь можем наблюдать то, что ранее было предсказано с помощью моделирования", - сказал соавтор исследования Уильям Бейкер, аспирант Лаборатории Кавендиша. "Это все равно, что иметь возможность проверить домашнее задание".

Из-за компактной природы этой вывернутой наизнанку галактики, команда говорит, что отдельные изображения, собранные JWST, были "смоделированы вперед", чтобы учесть "инструментальные эффекты" во время процесса сбора данных. Это моделирование, которое включало учет поглощения пыли и выбросов газа, выявило множество старых звезд в ядре галактики и активное звездообразование в окружающем внешнем диске. Они даже увидели второй "сгусток" звездообразования дальше.

Моделирование также показало, что звездная масса в окрестностях галактики удваивается каждые 10 миллионов лет. Исследователи говорят, что это "очень быстро", поскольку наша галактика Млечный Путь, как ожидается, удваивает свою массу каждые 10 миллиардов лет.

В выводах исследования авторы отмечают, что их первоначальный анализ NGC 1549 указывает на то, что условия в ранней Вселенной могли кардинально отличаться от современных. В частности, они предполагают, что плотное галактическое ядро и высокая скорость звездообразования могут означать, что ранняя вселенная была богата газом, необходимым этой вывернутой наизнанку галактике для образования новых звезд с такой скоростью. Однако они также признают, что требуется больше наблюдений за галактиками, сформированными в этот древний период, чтобы предложить убедительные доказательства того, что ранняя Вселенная кардинально отличалась от современной.

"Конечно, это лишь одна галактика, поэтому нам нужно знать, что делали другие галактики в то время", - говорит Таккелла. "Все ли галактики были похожи на эту? Сейчас мы анализируем подобные данные из других галактик".

"Рассматривая различные галактики в течение космического времени, мы сможем реконструировать цикл роста и продемонстрировать, как галактики вырастают до своих сегодняшних размеров", - добавила Таккелла.