Высокодетализированное инфракрасное изображение JWST активно формирующихся звезд. Авторы и права: НАСА, ЕКА, ККА. Обработка изображений: Джозеф ДеПаскуале (STScI)
Астрономы в настоящее время переживают плодотворный период открытий, исследуя многие загадки ранней Вселенной. Успешный запуск космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), преемника космического телескопа НАСА «Хаббл», раздвинул границы того, что мы можем видеть.
Наблюдения сейчас касаются первых 500 миллионов лет после Большого взрыва, когда возраст Вселенной составлял менее 5% от ее нынешнего возраста. Для людей на этот раз Вселенная прочно перейдет на стадию развития малыша.
Тем не менее, галактики, которые мы наблюдаем, определенно не являются инфантильными: новые наблюдения показывают, что галактики более массивны и зрелы, чем ожидалось ранее для таких ранних времен, что помогает переписать наше понимание формирования и эволюции галактик.
Наша международная исследовательская группа недавно провела беспрецедентно подробные наблюдения одной из самых ранних известных галактик, получившей название Gz9p3 и теперь опубликованной в журнале Nature Astronomy.
Его название происходит от коллаборации Glass (название нашей международной исследовательской группы) и того факта, что галактика имеет красное смещение z=9,3, где красное смещение — один из способов описания расстояния до объекта — отсюда G и z9p3.
Телескоп Джеймса Уэбба — самое большое и мощное устройство такого типа, когда-либо запускавшееся в космос — использует главное зеркало диаметром 6,5 метра, состоящее из 18 шестиугольных зеркал, покрытых золотым покрытием, для получения одних из самых ранних изображений Вселенной. Кредит: НАСА
Всего пару лет назад Gz9p3 появился как единственная точка света через космический телескоп Хаббл. Но с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба мы смогли наблюдать этот объект таким, каким он был через 510 миллионов лет после Большого взрыва, около 13 миллиардов лет назад.
Мы обнаружили, что Gz9p3 оказался гораздо более массивным и зрелым, чем ожидалось для такой молодой Вселенной, уже содержащей несколько миллиардов звезд.
Это, безусловно, самый массивный объект, подтвержденный за это время. По расчетам, он в 10 раз массивнее, чем любая другая галактика, обнаруженная в то время во Вселенной.
В совокупности эти результаты позволяют предположить, что для того, чтобы галактика достигла такого размера, звезды должны были развиваться гораздо быстрее и эффективнее, чем мы думали вначале.
Gz9p3, самая яркая известная сливающаяся галактика за первые 500 миллионов лет существования Вселенной (наблюдение с помощью JWST). Слева: прямое изображение показывает двойное ядро ядра в центральной области. Справа: Контуры светового профиля показывают вытянутую комковатую структуру, образовавшуюся в результате слияния галактик. Кредит: Мельбурнский университет.
Слияние самых далеких галактик в ранней Вселенной
Gz9p3 не только огромен, но и его сложная форма сразу идентифицирует его как одно из самых ранних слияний галактик, когда-либо наблюдавшихся.
Изображение галактики JWST показывает морфологию, обычно связанную с двумя взаимодействующими галактиками. И слияние еще не завершено, потому что мы все еще видим два компонента.
Когда два массивных объекта соединяются таким образом, они фактически выбрасывают часть материи в процессе. Итак, этот выброшенный материал позволяет предположить, что то, что мы наблюдали, является одним из самых отдаленных слияний, когда-либо виденных.
Затем наше исследование заглянуло глубже, чтобы описать популяцию звезд, составляющих сливающиеся галактики. Используя JWST, мы смогли изучить спектр галактики, разделив свет так же, как призма расщепляет белый свет на радугу.
При использовании только изображений большинство исследований этих очень далеких объектов показывают только очень молодые звезды, потому что более молодые звезды ярче и поэтому их свет доминирует в данных изображений.
Например, молодая яркая популяция, возникшая в результате слияния галактик, возрастом менее нескольких миллионов лет, затмевает старую популяцию, возраст которой уже превышает 100 миллионов лет.
Используя технику спектроскопии, мы можем провести настолько подробные наблюдения, что можно различить две популяции.
Наблюдения свидетельствуют о быстром и эффективном образовании звезд и металлов сразу после Большого взрыва. Кредит: НАСА
Новые модели ранней Вселенной
Столь зрелая и пожилая популяция не ожидалась, учитывая, как должны были образоваться ранние звезды, чтобы достаточно состариться к этому космическому времени. Спектроскопия настолько детальна, что мы можем видеть тонкие особенности старых звезд, которые говорят нам, что там есть нечто большее, чем вы думаете.
Конкретные элементы, обнаруженные в спектре (включая кремний, углерод и железо), показывают, что эта более древняя популяция должна существовать, чтобы обогатить галактику множеством химических веществ.
Удивляет не только размер галактик, но и скорость, с которой они достигли такого химически зрелого состояния.
Эти наблюдения предоставляют доказательства быстрого и эффективного накопления звезд и металлов сразу после Большого взрыва, связанного с продолжающимися слияниями галактик, демонстрируя, что массивные галактики с несколькими миллиардами звезд существовали раньше, чем ожидалось.
Изолированные галактики создают свою популяцию звезд на месте из своих ограниченных резервуаров газа, однако для галактик это может быть медленный путь роста.
Взаимодействия между галактиками могут привлекать новые притоки чистого газа, обеспечивая топливо для быстрого звездообразования, а слияния обеспечивают еще более ускоренный канал для накопления и роста массы.
Все крупнейшие галактики в нашей современной Вселенной имеют историю слияний, включая наш Млечный Путь, который вырос до своих нынешних размеров в результате последовательных слияний с меньшими галактиками.
Эти наблюдения Gz9p3 показывают, что галактики могли быстро накапливать массу в ранней Вселенной посредством слияний, причем эффективность звездообразования была выше, чем мы ожидали.
Это и другие наблюдения с использованием JWST заставляют астрофизиков скорректировать свои модели ранних лет существования Вселенной.
Наша космология не обязательно ошибочна, но наше понимание того, как быстро образовались галактики, вероятно, неверно, потому что они более массивны, чем мы когда-либо могли себе представить.
Эти новые результаты являются своевременными, поскольку мы приближаемся к двухлетней отметке для научных наблюдений, проводимых с использованием JWST.
По мере того как общее количество наблюдаемых галактик растет, астрономы, изучающие раннюю Вселенную, переходят от фазы открытия к периоду, когда у нас будут достаточно большие выборки, чтобы начать строить и совершенствовать новые модели.
Никогда еще не было более захватывающего времени для разгадки тайн ранней Вселенной.
Информация от: Мельбурнским университетом
