Чрезвычайная чувствительность космического телескопа James Webb позволила ученым обнаружить большую спиральную галактику, которая образовалась, когда Вселенной было всего 1,5 млрд лет. Она получила название Алакнанда. Ее секрет заключается в том, что для образования таких звездных систем обычно требуется значительно больше времени.
Спиральная галактика из ранней Вселенной
Спиральная галактика, по форме очень похожая на наш Млечный Путь, была обнаружена в эпоху, когда астрономы считали, что такие хорошо сформированные системы еще не могли существовать. Двое астрономов из Индии обнаружили чрезвычайно зрелую галактику, которая появилась всего через 1,5 млрд лет после Большого взрыва — это открытие ставит под сомнение наше понимание того, как формируются и эволюционируют галактики.
Космический телескоп James Webb NASA — это мощный инструмент, способный обнаруживать чрезвычайно слабый свет из ранней Вселенной. С помощью JWST исследователи Раши Джайн и Йогеш Вададекар обнаружили галактику, чрезвычайно похожую на наш Млечный Путь. Однако эта система образовалась, когда Вселенной было всего 1,5 млрд лет — примерно десятая часть его нынешнего возраста.
Ее назвали Алакнанда, в честь гималайской реки, — что вполне уместно, поскольку на хинди это название означает «Млечный Путь».
Как образовалась галактика Алакнанда?
Считалось, что классические спиральные галактики, такие как наша, с двумя четкими симметричными рукавами (так называемые спиральные галактики «большого дизайна»), формируются в течение миллиардов лет. Преобладало мнение, что ранние галактики должны быть нерегулярными и беспорядочными, все еще находясь в хаотичном процессе формирования, а не в состоянии изящных спиралей, которые мы так часто видим в ближайшей Вселенной.
Создание большой спирали требует времени: газ должен постоянно поступать из окружающего пространства (это называется «аккреция газа»), оседать в виде вращающегося диска, затем медленные волны (так называемые волны плотности) могут возмущать диск, формируя спиральные рукава, и вся система должна оставаться незатронутой сильными столкновениями с другими галактиками.
Алакнанда не отвечает этим ожиданиям. Она уже имеет два широких спиральных рукава, окутывающих яркую, округлую центральную область (выпуклость галактики), которая простирается около 30 000 световых лет. Еще более впечатляюще то, что она ежегодно рождает новые звезды, суммарная масса которых примерно равна 60 массам Солнца.
Этот показатель примерно в 20 раз превышает показатель современного Млечного Пути! Приблизительно половина звезд Алакнанды, кажется, образовалась всего за 200 млн лет — это мгновение в космическом времени.
Находка такого хорошо организованного спирального диска в эту эпоху свидетельствует о том, что физические процессы, обусловливающие формирование галактик – аккреция газа, оседания диска и, возможно, развитие спиральных волн плотности – могут действовать гораздо эффективнее, чем предполагают современные модели. Это заставляет переосмыслить нашу теоретическую базу.
Гравитационное линзирование
Алакнанда расположена в направлении огромного скопления галактик под названием Абель 2744, также известного как Скопление Пандоры. Огромная гравитация скопления искривляет и увеличивает свет от удаленных космических объектов на его фоне, подобно увеличительному стеклу. Этот эффект, называемый гравитационным линзированием, сделал Алакнанду вдвое ярче, что позволило JWST зафиксировать ее спиральную структуру с поразительной детализацией.
Джайн и Вададекар проанализировали снимки галактики, сделанные JWST с помощью 21 различных фильтров, каждый из которых показывает разную часть ее света. Этот богатый массив данных, являющийся частью исследований JWST UNCOVER и MegaScience, позволил им с необычайной точностью оценить расстояние до галактики, содержание пыли, количество звезд и скорость образования новых светил с течением времени.
Переписывание космической хронологии
Это открытие дополняет растущее количество доказательств, полученных с помощью JWST, о том, что ранняя Вселенная была гораздо более зрелой, чем ожидали астрономы. На подобных огромных расстояниях были обнаружены несколько галактик в форме диска, но Алакнанда выделяется как один из самых ярких примеров спирали «большого дизайна» (галактика с двумя выразительными симметричными рукавами) в столь раннюю эпоху.
Теперь ученые будут обсуждать, как возникли спиральные рукава Алакнанды. Одной из возможностей является то, что галактика стабильно росла, втягивая потоки холодного газа, что позволило волнам плотности естественным образом отчеканить спиральные узоры. Другая возможность заключается в том, что гравитационное столкновение с меньшей сопутствующей галактикой спровоцировало образование рукавов, хотя такие спирали, вызванные приливами, обычно быстро исчезают.
Будущие наблюдения с помощью спектроскопических инструментов JWST или телескопа Atacama Large Millimeter Array (ALMA) в Чили позволят измерить скорость вращения галактики и определить, движется ли ее диск упорядоченно (динамически холодно) или более турбулентно (динамически горячо), что поможет различить эти сценарии.
Значение открытия
Это открытие — не просто хорошая картинка из далекого прошлого. Оно заставляет астрономов пересмотреть космическую хронологию — историю возникновения звезд, галактик и, наконец, планет, таких как Земля. Если галактики могли созревать так быстро, то ранняя Вселенная была гораздо более динамичным и плодородным местом, чем мы представляли, и условия для формирования миров, подобных нашему, могли возникнуть раньше, чем кто-либо мог подумать.
По мере того как JWST продолжает заглядывать все глубже в пространство и время, будут появляться все больше галактик, подобных Алакнанде, — каждая из которых будет новой подсказкой относительно удивительно быстрого раннего развития Вселенной.
По материалам phys.org
