Спиральные галактики, такие как Млечный Путь, подобны космическим снежинкам — нет двух одинаковых. В течение многих лет астрономы считали, что спирали не могут существовать, пока Вселенная не достигнет половины своего нынешнего возраста. Теперь недавно открытая галактика в ранней Вселенной бросает вызов этой идее.
CEERS-2112 — ранняя «космическая снежинка» со спиральными рукавами и перемычкой посередине. Удивительно то, что он демонстрирует эту структуру, когда Вселенной было всего 2 миллиарда лет. Это примерно на пять миллиардов лет раньше, чем астрономы ожидали существования чего-то подобного. Тот факт, что идеально сформированная спираль существует так рано, говорит нам о том, что наши представления о формировании галактик в ранней космической истории нуждаются в некоторой перенастройке.
Исследование ранней Вселенной
Эта галактика была обнаружена в исследовании, проведенном JWST под названием «Наука раннего выпуска космической эволюции» (CEERS). Он использует изображения и спектроскопию JWST для исследования ранней Вселенной и поиска самой ранней галактики. Анализ галактики CEERS-2112 проводила международная группа под руководством астронома Луки Константина из Центра астробиологии в Испании.
Результаты CEERS должны показать астрономам ранние популяции галактик с высокими красными смещениями (расстояниями). Они также помогут им оценить связанные условия звездообразования и роста черных дыр. Наконец, работа должна дать некоторое представление о формировании галактических дисков и балджей. По сути, данные CEERS должны пополнить наш запас знаний о первом свете и реионизации (которая произошла после Большого взрыва) и объяснить формирование и эволюцию ранних галактик.
Ранние изображения очень далеких галактик в глубоком поле показывают обрывки галактик и неправильные скопления звезд в ранней Вселенной. Это было очевидно на некоторых из первых изображений глубокого поля Хаббла. Самые дальние на изображениях выглядели более размытыми и нечеткими. И некоторые из них, похоже, сталкивались, что вписывается в столкновительную модель формирования галактик.
Формирование галактик в ранней Вселенной
До эры Хаббла и JWST астрономы действительно считали, что для формирования спиральных галактик потребуется много времени. Они часто описывают иерархическую модель формирования галактик. Именно здесь меньшие комковатые галактики сталкиваются, образуя более крупные. Со временем эти объекты начинают приобретать структуры, подобные спиральным рукавам и стержням.
«В таких галактиках бары могут образовываться спонтанно из-за нестабильности спиральной структуры или гравитационного воздействия соседней галактики», — говорит астроном и член команды Александр де ла Вега. В настоящее время он является научным сотрудником Калифорнийского университета в Риверсайде. «В прошлом, когда Вселенная была очень молодой, галактики были нестабильными и хаотичными. Считалось, что полосы не могли образовываться или существовать долго в галактиках ранней Вселенной».
Спиральные рукава, вероятно, являются результатом волн плотности, движущихся по галактике. Столбцы также формируются из волн плотности, исходящих из центра. Это сжимает материал в рукавах и стержнях, что приводит к вспышкам звездообразования. Это могло бы объяснить, почему эти области галактик кажутся более яркими из-за их населения горячих молодых звезд. Для достижения всего этого требуется время. Вот почему астрономы предположили, что для формирования спиральных галактик потребуется примерно половина возраста Вселенной.
CEERS-2112 — часть ранней Вселенной
По словам де ла Веги, CEERS-2112 переворачивает дискуссию о формировании спирали. «Обнаружение CEERS-2112 показывает, что галактики в ранней Вселенной могли быть такими же упорядоченными, как Млечный Путь», — сказал он. «Это удивительно, потому что в ранней Вселенной галактики были гораздо более хаотичными, и очень немногие из них имели структуру, похожую на Млечный Путь».
Конечно, существование CEERS-2112 в молодой Вселенной меняет теоретические модели формирования ранних галактик. Во-первых, похоже, что не все было смесью странных маленьких форм галактик. Если CEERS-2112 является каким-либо показателем, некоторые из них были довольно стабильными на самом раннем этапе своего существования. В них могли находиться центральные перемычки и начала спиральных рукавов.
Кроме того, это раннее «упорядоченное образование» подразумевает темную материю и ту роль, которую она сыграла вскоре после Большого взрыва. «В этих моделях, возможно, потребуется скорректировать количество темной материи, составляющей галактики в ранней Вселенной, поскольку считается, что темная материя влияет на скорость формирования полос», — сказал де ла Вега.
Открытие CEERS-2112 показывает нам, что бары и спирали можно обнаружить в очень ранние эпохи, даже в этих маленьких, далеких и тусклых галактиках. Наблюдения JWST также дают астрономам возможность сделать точные оценки формы и массы центрального бара этой галактики.
Переосмысление теории
Открытие CEERS-2112 заставит переосмыслить условия в ранней Вселенной. Если раньше астрономы думали, что процесс перехода от «скопления звезд» к «спирали с перемычкой» займет несколько миллиардов лет, то теперь оказывается, что это может произойти быстрее. «Открытие ceers-2112 показывает, что это может произойти лишь за долю этого времени, примерно за один миллиард лет или меньше», — сказал де ла Вега.
Такое быстрое создание спиральных рукавов и перемычек означает, что Вселенная (и ее компонент темной материи) довольно быстро упорядочила свои структуры посредством процессов звездообразования и столкновений галактик.
Для дополнительной информации
В ранней Вселенной обнаружена галактика, похожая на Млечный Путь
Спираль с перемычкой, подобная Млечному Пути, с красным смещением 3
Обзор CEERS
