Астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба НАСА/ЕКА (JWST) наблюдали рост галактики «наизнанку» в ранней Вселенной, всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Фото предоставлено: Сотрудничество JADES
Астрономы использовали космический телескоп имени Джеймса Уэбба НАСА/ЕКА (JWST) для наблюдения за ростом галактики «наизнанку» в ранней Вселенной, всего через 700 миллионов лет после Большого взрыва.
Эта галактика в сотни раз меньше Млечного Пути, но удивительно зрелая для такого раннего периода существования Вселенной. Подобно большому городу, эта галактика имеет в своем ядре плотное скопление звезд, но на галактических «пригородах» ее плотность становится менее плотной. И подобно большому городу, эта галактика начинает расширяться, а на окраинах ускоряется звездообразование.
Это самое раннее свидетельство роста галактики изнутри. До Уэбба было невозможно изучить рост галактик на столь раннем этапе истории Вселенной.
Хотя изображения, полученные с помощью Уэбба, представляют собой снимок времени, исследователи под руководством Кембриджского университета говорят, что изучение подобных галактик может помочь нам понять, как они трансформируются из газовых облаков в сложные структуры, которые мы наблюдаем сегодня. Результаты опубликованы в журнале Nature Astronomy.
«Вопрос о том, как галактики развиваются в течение космического времени, является важным вопросом астрофизики», — сказал соавтор исследования доктор. Сандро Такчелла из Кавендишской лаборатории в Кембридже.
«У нас было много отличных данных за последние десять миллионов лет и о галактиках в нашем уголке Вселенной, но теперь с Уэббом мы можем получить данные наблюдений за миллиарды лет назад, что позволит нам исследовать первые миллиарды лет назад. космос». История, которая поднимает множество новых вопросов».
Галактики, которые мы наблюдаем сегодня, растут по двум основным механизмам: либо они притягивают или аккрецируют газ с образованием новых звезд, либо растут за счет слияния с меньшими галактиками. Работали ли в ранней Вселенной разные механизмы — открытый вопрос, который астрономы хотят прояснить вместе с Уэббом.
«Считается, что галактики начинаются с небольших размеров, когда газовые облака разрушаются под действием собственной гравитации, образуя очень плотные ядра звезд и, возможно, черные дыры», — сказал Такчелла.
«По мере того, как галактика растет и звездообразование увеличивается, она напоминает вращение фигуриста: когда фигурист убирает руки, они набирают обороты и вращаются все быстрее и быстрее. Галактики в чем-то похожи: газ накапливается позже из все более крупных галактик. Большие расстояния вращают галактику вверх, поэтому они часто образуют спираль или диск.
Галактика NGC 1549, вид через 700 миллионов лет после Большого взрыва. Фото предоставлено: Сотрудничество JADES
Эта галактика, наблюдаемая в рамках коллаборации JADES (JWST Advanced Extragalactic Survey), активно формирует звезды в ранней Вселенной. Она имеет чрезвычайно плотное ядро, которое, несмотря на свой относительно молодой возраст, имеет плотность, аналогичную плотности современных массивных эллиптических галактик, содержащих в тысячи раз больше звезд. В большинстве случаев звездообразование происходит дальше от ядра, а сгусток звездообразования еще дальше.
Активность звездообразования резко возрастает по мере того, как звездообразование распространяется и галактика становится больше. Этот тип роста был предсказан теоретическими моделями, но теперь с помощью Уэбба его можно наблюдать.
«Одна из многих причин, по которой Уэбб изменил правила игры для нас, астрономов, заключается в том, что теперь мы можем наблюдать то, что ранее предсказывалось с помощью моделирования», — сказал соавтор Уильям Бейкер, доктор философии. Студент Кавендиша. «Это похоже на возможность проверить домашнее задание».
Используя Уэбба, исследователи извлекли информацию из света, излучаемого галактикой на разных длинах волн, которую затем использовали для оценки количества более молодых звезд по сравнению со старыми звездами, что было преобразовано в оценку звездной массы и скорости звездообразования.
Поскольку галактика настолько компактна, отдельные изображения галактики были «смоделированы вперед», чтобы учесть инструментальные эффекты. Используя модели звездного населения, которые включают правила выделения газа и поглощения пыли, исследователи обнаружили более старые звезды в ядре, в то время как в окружающем компоненте диска происходит очень активное звездообразование.
Эта галактика удваивает свою звездную массу на окраине примерно каждые 10 миллионов лет, что очень быстро: галактика Млечный Путь удваивает свою массу только каждые 10 миллиардов лет.
Плотность галактического ядра, а также высокая скорость звездообразования позволяют предположить, что эта молодая галактика богата газом, необходимым для образования новых звезд, что, возможно, отражает различные условия в ранней Вселенной.
«Конечно, это всего лишь одна галактика, поэтому нам нужно знать, что в то время делали другие галактики», — сказал Такчелла.
«Все ли галактики были такими?» Сейчас мы анализируем аналогичные данные из других галактик. Глядя на различные галактики в течение космического времени, мы сможем реконструировать цикл роста и показать, как галактики сегодня достигают своего окончательного размера».
Информация от: Кембриджским университетом
