Таємниця галактик у ранньому Всесвіті стала ще загадковішою.
Група астрономів виявила гігантську спіральну галактику, настільки добре сформовану, що вона вже має стабільний галактичний бар — довгу пряму структуру зі скупченням зірок у центрі галактики. Вона сформувалася всього через 2,6 мільярда років після Великого вибуху.
Це не перший галактичний бар, виявлений у перші три мільярди років існування Всесвіту… але це перший, який вдалося детально проаналізувати, і він виявив разючу схожість із галактиками, які мали набагато більше часу на розвиток — тим самим ще більше ускладнивши питання про те, як формувалися галактики у дитинстві Всесвіту.
«Найбільш вражає схожість з локальними галактиками», — сказав астроном Шуо Хуанг з Національної астрономічної обсерваторії Японії у коментарі для ScienceAlert.
«Ми ініціювали спостереження за допомогою ALMA, щоб дізнатися, чи справді бар J0107a спрямовує газ до центру галактики для живлення зоряного спалаху, але не очікували, що розподіл газу та його рух будуть настільки схожими на сучасні галактики. Це означає, що структура галактики сформувалася швидше, ніж ми думали».
JWST та ALMA: зорі та газ у J0107a
Нещодавно було виявлено велику кількість масивних спіральних галактик у ранньому Всесвіті, що ставить під сумнів наше розуміння темпів його еволюції. Раніше вважалося, що формування починалося з чорної діри, навколо якої поступово накопичувався газ, досягаючи густини, достатньої для утворення зірок.
Коли галактика ставала досить великою, вона гравітаційно організовувалася в спіральну структуру — як наш Чумацький Шлях. Центральний бар є ознакою високорозвиненої галактики й зазвичай притаманний більш зрілим об’єктам. Крім того, галактичні бари доволі вразливі до збурень — навіть взаємодія з сусідньою галактикою може зруйнувати їхнє формування.
Унікальність J0107a
У 2023 році Хуанг з колегами описали галактику J0107a на основі даних з телескопа JWST, рентгенівської обсерваторії Chandra та масиву ALMA. Це — справжній монстр. Гарно сформована спіральна галактика з масою в 450 мільярдів сонячних мас, яка утворює зірки з приголомшливою швидкістю — 500 сонячних мас щороку.
Команда науковців вивчала рух газу у галактиці за допомогою JWST та ALMA. Виявилося, що бар проштовхує газ до центру галактики зі швидкістю близько 600 сонячних мас на рік, що пояснює активне зоретворення.
Цей потік газу в J0107a в 10–100 разів швидший, ніж у галактиках, які ми бачимо навколо нас, включно з Чумацьким Шляхом. Потрапляючи до центру, газ ущільнюється, що сприяє народженню нових зірок — щільні хмари газу й пилу є необхідними умовами для цього процесу. Це означає, що бари могли відігравати ключову роль у рості галактик набагато раніше, ніж вважалося.
Нове — це добре забуте старе?
Втім, як це часто буває в науці, нові відповіді породжують нові запитання.
«Ми показали, що рух і розподіл газу дуже схожі на локальні галактики, але поки не зрозуміло, чи зірки утворюються з цього газу, так само як у сучасних умовах», — каже Хуанг. «Газ тут набагато щільніший, і це може призводити до формування зірок у місцях, де вони зазвичай не виникають у локальному Всесвіті».
Це відкриття може змусити нас переглянути існуючі моделі ранньої еволюції галактик. Один із способів росту галактик — злиття з іншими галактиками. Але наявність стабільного бару свідчить, що J0107a не зазнав великих збурень протягом тривалого часу.
Вплив космічної павутини
Науковці вважають, що галактика могла швидко сформуватися завдяки потоку газу з космічної павутини — гігантської мережі газу, що поєднує галактики у Всесвіті.
«Нас цікавить, як така велика галактика з формою, подібною до локальних, могла з’явитися вже через 2,6 мільярда років після Великого вибуху», — зазначає Хуанг.
«Можливо, величезний потік газу з космічної павутини сформував гігантський диск. Як саме газ потрапляє в галактику й стабілізується у формі диска — це відкрите питання в астрономії. Теоретичні моделі існують, але прямого спостереження ще не було».
Науковці сподіваються, що подальші спостереження допоможуть розв’язати ці загадки. Дослідження опубліковано в журналі Nature.
