Гигантские галактики, которые мы видим во Вселенной сегодня, включая нашу галактику Млечный Путь, изначально были намного меньше. Слияния на протяжении 13,7 миллиардов лет во Вселенной постепенно сформировали сегодняшние массивные галактики. Но, возможно, они начинались как просто звездные скопления.
Пытаясь понять самые ранние галактики, JWST исследовал их древний свет, чтобы понять, как они стали такими массивными.
JWST может эффективно заглянуть в прошлое, когда Вселенная была всего на 5% старше, чем сейчас. В том далеком прошлом структуры, которые в конечном итоге стали такими же массивными, как Млечный Путь, и даже больше, были всего лишь примерно в 1/10 000-й массивнее, чем сейчас. Какие подсказки может обнаружить мощный инфракрасный космический телескоп, чтобы показать нам, как галактики стали такими большими?
В новой статье представлены наблюдения JWST галактики с красным смещением z ~ 8,3. При таком красном смещении свет путешествовал более 13 миллиардов лет и начал свое путешествие всего через 600 миллионов лет после Большого взрыва. Галактика, получившая название «Светлячок», содержит сеть массивных звездных скоплений, которые свидетельствуют о том, как растут галактики.
Статья называется «Светлячок: самые ранние этапы сборки галактики типа Млечного Пути в Вселенной возрастом 600 млн лет». Ведущий автор — Ламия Моула, астроном-наблюдатель и доцент кафедры физики и астрономии в колледже Уэлсли. Статья находится в предварительном издании и еще не прошла рецензирование.
«The Firefly Sparkle представляет собой беспрецедентное исследование галактики, похожей на Млечный Путь, на самых ранних стадиях ее формирования во Вселенной, возраст которой составляет всего 600 миллионов лет».
От Моула и др. 2024 год
Несмотря на мощь JWST, эту далекую древнюю галактику можно увидеть только через гравитационное линзирование массивного скопления галактик переднего плана. Благодаря линзам Firefly Sparkle выглядит как дуга. Поблизости также находятся еще две галактики, называемые Светлячок BF (Лучший друг) и Светлячок NBF (Новый лучший друг).
«Светлячок демонстрирует признаки, ожидаемые от будущей галактики типа Млечного Пути, запечатленной во время ее
самая ранняя и наиболее богатая газом стадия пласта», — пишут авторы. Масса молодой галактики сосредоточена в 10 скоплениях, масса которых варьируется от 200 000 до 630 000 солнечных масс. По мнению авторов, эти скопления «находят границу между галактиками малой массы и шаровыми скоплениями большой массы».
Эти скопления важны, потому что они являются ключом к пониманию того, как растет галактика. Исследователи смогли оценить возраст скоплений и историю их звездообразования. Они обнаружили, что примерно в то же время они испытали вспышку звездообразования. «Возраст скопления предполагает, что они гравитационно связаны с историей звездообразования, показывающей недавнюю звездную вспышку, возможно, вызванную взаимодействием с галактикой-компаньоном с тем же красным смещением на прогнозируемом расстоянии ~ 2 кпк от Светлячка».
Есть два кандидата на роль взаимодействующей галактики: Лучший друг Светлячка (BF) и Новый лучший друг Светлячка (NBF). Но NBF находится на расстоянии около 13 кпк, а BF — примерно в двух кпк, что делает BF вероятным взаимодействующим элементом. «Слабые детали с низкой поверхностной яркостью видны в углах дуги вблизи соседа, что намекает на возможное взаимодействие между двумя галактиками
Особое внимание исследователи уделили центральному кластеру. Они обнаружили, что температура чрезвычайно высока и составляет около 40 000 Кельвинов (40 000 C; 72 000 F). У него также есть тяжелая начальная функция массы, что является сигналом о том, что он сформировался в очень бедной металлами среде. Эти наблюдения и другие свидетельства показывают, что Светлячок Спаркл, скорее всего, является прародителем галактик, подобных нашей. По этим причинам «… Firefly Sparkle представляет собой беспрецедентное исследование галактики, подобной Млечному Пути, на самых ранних стадиях ее формирования в
всего лишь Вселенной возрастом 600 миллионов лет», — пишут авторы.
К счастью, у исследователей, стоящих за этими результатами, есть мощное суперкомпьютерное моделирование, с которым можно сравнивать наблюдения. Он называется Illustris TNG. Это масштабное космологическое магнитогидродинамическое моделирование, основанное на комплексной физической модели Вселенной. Illustris TNG провела три запуска: TNG50, TNG 100 и TNG 300. Исследователи сравнили свои результаты с TNG 50.
Обнаружение этих древних звездных скоплений интригует, но мы не можем предположить, что они сохранятся в целости и сохранности. Действуют приливные и испарительные силы. Авторы изучили стабильность отдельных звездных скоплений и то, как они будут себя вести с течением времени.
«Ожидается, что большинство этих звездных скоплений доживут до современной Вселенной и будут расширяться, а затем разрываться на части, образуя звездный диск и гало галактики», — объясняют авторы. «Единственный способ выжить — это быть выброшенными на большие расстояния, подальше от плотного приливного поля галактики». Те, которые будут выброшены, могут сохраниться в виде шаровых скоплений.
Одной из основных научных целей JWST является изучение того, как формировались и развивались галактики в ранней Вселенной. Найдя скопление, в котором все еще формируются скопления, космический телескоп достигает своей цели.
«Firefly Sparkle представляет собой одно из первых спектрофотометрических наблюдений JWST чрезвычайно линзированной галактики, собирающейся на высоких красных смещениях, со скоплениями, которые находятся в процессе формирования, а не наблюдались в более поздние эпохи», — заключают авторы.
