Надзвичайна чутливість космічного телескопа James Webb дала змогу науковцям знайти велику спіральну галактику, яка утворилася, коли Всесвіту було лише 1,5 млрд років. Вона отримала назву Алакнанда. Її таємниця полягає в тому, що для утворення таких зоряних систем зазвичай треба значно більше часу.
Спіральна галактика з раннього Всесвіту
Спіральна галактика, за формою дуже схожа на наш Чумацький Шлях, була виявлена в епоху, коли астрономи вважали, що такі добре сформовані системи ще не могли існувати. Двоє астрономів з Індії виявили надзвичайно зрілу галактику, яка з’явилася всього через 1,5 млрд років після Великого вибуху — це відкриття ставить під сумнів наше розуміння того, як формуються й еволюціонують галактики.
Космічний телескоп James Webb NASA — це потужний інструмент, здатний виявляти надзвичайно слабке світло з раннього Всесвіту. За допомогою JWST дослідники Раші Джайн і Йогеш Вададекар виявили галактику, надзвичайно схожу на наш Чумацький Шлях. Однак ця система утворилася, коли Всесвіту було лише 1,5 млрд років — приблизно десята частина його нинішнього віку.
Її назвали Алакнанда, на честь гімалайської річки, — що цілком доречно, оскільки на хінді ця назва означає «Чумацький Шлях».
Як утворилася галактика Алакнанда?
Вважалося, що класичні спіральні галактики, такі як наша, з двома чіткими симетричними рукавами (так звані спіральні галактики «великого дизайну»), формуються впродовж мільярдів років. Переважала думка, що ранні галактики мають бути нерегулярними й безладними, все ще перебуваючи в хаотичному процесі формування, а не в стані витончених спіралей, які ми так часто бачимо в найближчому Всесвіті.
Створення великої спіралі вимагає часу: газ повинен постійно надходити з навколишнього простору (це називається «акреція газу»), осідати у вигляді обертового диска, потім повільні хвилі (так звані хвилі щільності) можуть порушувати диск, формуючи спіральні рукави, й уся система повинна залишатися незачепленою сильними зіткненнями з іншими галактиками.
Алакнанда не відповідає цим очікуванням. Вона вже має два широкі спіральні рукави, що огортають яскраву, округлу центральну область (випуклість галактики), яка простягається на близько 30 000 світлових років. Ще цікавішим є те, що вона щороку народжує нові зорі, сумарна маса яких приблизно дорівнює 60 масам Сонця.
Цей показник приблизно в 20 разів перевищує показник сучасного Чумацького Шляху! Приблизно половина світил Алакнанди, здається, утворилася лише за 200 млн років — це мить у космічному часі.
Знахідка такого добре організованого спірального диска в цю епоху свідчить про те, що фізичні процеси, які зумовлюють формування галактик, — акреція газу, осідання диска і, можливо, розвиток спіральних хвиль щільності — можуть діяти набагато ефективніше, ніж передбачають сучасні моделі. Це змушує переосмислити нашу теоретичну базу.
Гравітаційне лінзування
Алакнанда розташована в напрямку величезного скупчення галактик під назвою Абель 2744, також відомого як Скупчення Пандори. Величезна гравітація скупчення викривляє і збільшує світло від віддалених космічних об’єктів на його тлі, подібно до збільшувального скла. Цей ефект, який називається гравітаційним лінзуванням, зробив Алакнанду вдвічі яскравішою, що дозволило JWST зафіксувати її спіральну структуру з неймовірною деталізацією.
Джайн і Вададекар проаналізували знімки галактики, зроблені JWST за допомогою 21 різних фільтрів, кожен з яких показує різну частину її світла. Цей багатий масив даних, що є частиною досліджень JWST UNCOVER і MegaScience, дозволив їм із незвичайною точністю оцінити відстань до галактики, вміст пилу, кількість зір та швидкість утворення нових світил із плином часу.
Переписування космічної хронології
Це відкриття доповнює зростаючу кількість доказів, отриманих за допомогою JWST, про те, що ранній Всесвіт був набагато більш зрілим, ніж очікували астрономи. На подібних величезних відстанях були виявлені кілька галактик у формі диска, але Алакнанда виділяється як один із найяскравіших прикладів спіралі «великого дизайну» (галактика з двома виразними симетричними рукавами) в таку ранню епоху.
Тепер науковці обговорюватимуть, як виникли спіральні рукави Алакнанди. Однією з можливостей є те, що галактика стабільно зростала, втягуючи потоки холодного газу, що дозволило хвилям щільності природним чином викарбувати спіральні візерунки. Інша можливість полягає в тому, що гравітаційне зіткнення з меншою супутньою галактикою спровокувало утворення рукавів, хоча такі спіралі, викликані припливами зазвичай швидко зникають.
Майбутні спостереження за допомогою спектроскопічних інструментів JWST або телескопа Atacama Large Millimeter Array (ALMA) в Чилі дозволять виміряти швидкість обертання галактики та визначити, чи рухається її диск упорядковано (динамічно «холодно») або більш турбулентно (динамічно «гаряче»), що допоможе розрізнити ці сценарії.
Значення відкриття
Це відкриття — не просто гарна картинка з далекого минулого. Воно змушує астрономів переглянути космічну хронологію — історію виникнення зір, галактик і, зрештою, планет, таких як Земля. Якщо галактики могли дозрівати так швидко, то ранній Всесвіт був набагато динамічнішим і родючішим місцем, ніж ми уявляли, й умови для формування світів, подібних до нашого, могли виникнути раніше, ніж хтось міг подумати.
У міру того, як JWST продовжує заглядати все глибше у простір і час, з’являтимуться все більше галактик, подібних до Алакнанди, кожна з яких буде новою підказкою щодо дивовижно швидкого раннього розвитку Всесвіту.
За матеріалами phys.org
