Астрономы с помощью космического телескопа NASA/ESA James Webb Space Telescope (JWST) наблюдали «изнаночный» рост галактики в ранней Вселенной, всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва, сообщает Кембриджский университет. Эта галактика в 100 раз меньше Млечного Пути, но она удивительно зрелая для столь раннего периода существования Вселенной. Подобно большому городу, она имеет плотное скопление звезд в своем ядре, но становится менее плотной в галактических «пригородах». Как и мегаполис, эта галактика начинает разрастаться, а на ее окраинах ускоряется звездообразование.
Это самое раннее в истории обнаружение внутригалактического роста. До «Уэбба» не было возможности изучать галактики на столь ранних этапах истории Вселенной. Хотя изображения, полученные с помощью «Уэбба», представляют собой моментальный снимок времени, исследователи под руководством Кембриджского университета говорят, что изучение подобных галактик поможет понять, как они превращаются из газовых облаков в сложные структуры, которые мы наблюдаем сегодня. О результатах исследования сообщается в журнале Nature Astronomy.
«Вопрос о том, как галактики эволюционируют с течением космического времени, является важным в астрофизике», – говорит соавтор исследования доктор Сандро Такчелла из Кембриджа. «У нас есть много отличных данных за последние десять миллионов лет по галактикам в нашем уголке Вселенной, но теперь, благодаря "Уэббу", мы можем получить данные наблюдений за миллиарды лет назад, изучая первые миллионы лет космической истории, что формирует множество новых вопросов».
Галактики, которые мы наблюдаем сегодня, растут за счет двух основных механизмов: либо они втягивают в себя газ, образуя новые звезды, либо растут за счет слияния с меньшими галактиками. Были ли в ранней Вселенной задействованы другие механизмы – открытый вопрос, который астрономы надеются решить с помощью «Уэбба».
«Вы ожидаете, что галактики будут начинаться с малого, поскольку газовые облака разрушаются под действием собственной гравитации, образуя очень плотные ядра звезд и, возможно, черные дыры», – говорит Такчелла. «По мере роста галактики и увеличения звездообразования она напоминает крутящегося фигуриста: когда он тянет руки, набирает обороты и вращается все быстрее и быстрее. Галактики устроены примерно так же: газ, присоединяющийся позже с больших и больших расстояний, раскручивает галактику, поэтому они часто имеют форму спирали или диска».
Наблюдаемая галактика активно формирует звезды в ранней Вселенной. У нее очень плотное ядро, которое, несмотря на свой относительно молодой возраст, по плотности схоже с современными массивными эллиптическими галактиками, в которых в 1000 раз больше звезд. Большая часть звездообразования происходит вдали от ядра, а еще дальше находится звездообразующий «сгусток».
«Одна из многих причин, по которой "Уэбб" так меняет нас как астрономов, заключается в том, что мы теперь можем наблюдать то, что раньше предсказывалось с помощью моделирования», – говорит соавтор исследования Уильям Бейкер. «Это как возможность проверить домашнее задание».
С помощью «Уэбба» исследователи извлекли информацию из света, излучаемого галактикой на разных длинах волн, которую затем использовали для оценки количества молодых звезд по сравнению со старыми, что в свою очередь позволило оценить звездную массу и скорость звездообразования.
Поскольку галактика очень компактна, ее отдельные изображения были «смоделированы» с учетом инструментальных эффектов. Исследователи обнаружили более старые звезды в ядре, в то время как окружающий дисковый компонент находится в процессе очень активного звездообразования. Эта галактика удваивает свою звездную массу на окраинах примерно каждые 10 миллионов лет, что очень быстро: Млечный Путь удваивает свою массу лишь каждые 10 миллиардов лет.
Плотность галактического ядра, а также высокая скорость звездообразования говорят о том, что эта молодая галактика богата газом, необходимым для формирования новых звезд, что может отражать иные условия в ранней Вселенной.
«Конечно, это всего лишь одна галактика, поэтому нам необходимо знать, что делали другие галактики в то время», – говорит Такчелла. «Все ли галактики были похожи на эту? Сейчас мы анализируем аналогичные данные по другим галактикам. Рассматривая их на протяжении всего космического времени, мы, возможно, сможем реконструировать цикл роста и показать, как галактики вырастают до своего конечного размера сегодня».
