Тайны "Космического Винограда": как формировались галактики в первые миллиарды лет после Большого взрыва

Ученые совершили важное открытие, обнаружив примитивную галактику, которая демонстрирует новую структуру, ранее не наблюдавшуюся в ранней Вселенной. Эта галактика, получившая название "Космический виноград", находится на расстоянии, которое позволяет нам видеть ее такой, какой она была примерно через 930 миллионов лет после Большого взрыва, то есть более 13 миллиардов лет назад. Открытие позволяет пересмотреть существующие представления о формировании первых галактик и их эволюции. Исследование опубликовано в журнале Nature Astronomy.

Первые галактики образовались из скоплений темной материи и газа, которые коллапсировали, формируя динамические структуры. Считается, что эти галактики появились через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва и были значительно меньше современных галактик.

Наблюдения за объектами, существовавшими через 1,4 миллиарда лет после рождения Вселенной, показывали, что их вращающиеся диски были относительно гладкими и однородными, что наводило на мысль о быстрой динамической эволюции. Однако изучение механизмов такого развития требовало наблюдения за очень молодыми галактиками, что долгое время было невозможно из-за ограниченного разрешения инструментов.

Совместные усилия: телескоп James Webb и ALMA

В новом исследовании международная группа астрономов объединила возможности космического телескопа James Webb и массива радиотелескопов ALMA, расположенного в чилийской пустыне Атакама. Также был использован эффект гравитационного линзирования, чтобы детально изучить внутреннюю структуру галактики "Космический виноград".

Гравитационные линзы возникают, когда массивный космический объект, например, галактика, находится между наблюдателем и удаленным источником света. Гравитация этого объекта искажает пространство-время, отклоняя и усиливая свет от фонового объекта, подобно гигантской лупе.

"Этот объект является одной из самых сильно увеличенных гравитационной линзой далеких галактик из известных на сегодня", — пояснил Сейджи Фуджимото из Университета Торонто, ведущий автор исследования.

"Благодаря этому мощному естественному увеличению в сочетании с наблюдениями самых передовых телескопов мира, мы смогли исследовать внутреннюю структуру далекой галактики с беспрецедентной чувствительностью и разрешением", — добавил он.

Если данные телескопа Hubble указывали на гладкий вращающийся диск, то новые наблюдения показали гораздо более сложную организацию. Внутри галактики "Космический виноград" были обнаружены плотные компактные ядра газа, которые, вероятно, являются звездными яслями. Эти скопления, каждое диаметром от 10 до 30 парсек, исключительно ярки и излучают около 70% ультрафиолетового света галактики.

Плотность звездообразования: сравнение с современными галактиками

Плотность звездообразующих скоплений в "Космическом винограде" достигает 100 тысяч солнечных масс на кубический парсек, что сопоставимо с показателями современных галактик с интенсивным звездообразованием. Это говорит о том, что процессы формирования звезд в ранней Вселенной могли быть похожи на процессы, происходящие в современных галактиках.

Однако численное моделирование галактик того периода обычно не предсказывает столь большого количества звездных скоплений во вращающемся диске так скоро после рождения Вселенной. Это указывает на пробелы в теоретических моделях, описывающих, как материя коллапсирует в звезды в экстремальных условиях раннего космоса.

Первое свидетельство: связь структуры и вращения

Кроме того, "Космический виноград" стал первым прямым свидетельством связи между мелкомасштабной внутренней структурой галактики и ее вращением в крупном масштабе в столь раннюю эпоху. Это означает, что некоторые галактики могли организовываться в упорядоченные вращающиеся системы гораздо раньше, чем предполагалось.

"Наши наблюдения показывают, что свет молодых звезд в некоторых ранних галактиках исходит в основном от массивных, плотных и компактных скоплений, а не от равномерно распределенных звезд", — отметил Майк Бойлан-Колчин, соавтор исследования и профессор астрономии в Техасском университете в Остине.

Кроме того, скорость звездообразования, масса, размер и химический состав этой галактики указывают на ее принадлежность к "основной последовательности". Это означает, что она не является исключением и может представлять собой распространенный тип галактик в ранней Вселенной.

Другие галактики с гладкой внешностью также могут скрывать подобные субструктуры, невидимые ранее из-за ограничений телескопов. Для подтверждения этой гипотезы потребуются дальнейшие наблюдения и более глубокий анализ данных.

Интересные факты о галактиках:

• Млечный Путь — это спиральная галактика, в которой находится наша Солнечная система.
• Галактики бывают разных форм, включая спиральные, эллиптические и неправильные.
• В каждой галактике находятся миллиарды звезд.
• Галактики постоянно взаимодействуют друг с другом.

Открытие "Космического винограда" и его структуры с гроздью звездообразующих скоплений расширяет наши знания о формировании и эволюции галактик в ранней Вселенной. Это исследование подчеркивает важность использования передовых технологий и объединения усилий ученых для раскрытия тайн космоса.