Телескоп JWST показує галактику раннього Всесвіту, яка росте зсередини

Використовуючи космічний телескоп Джеймса Вебба , астрономи вперше спостерігали галактику в ранньому Всесвіті, яка росте зсередини назовні, лише через 700 мільйонів років після Великого вибуху. Ця галактика, значно менша, але більш зріла, ніж очікувалося, демонструє унікальні закономірності росту з її щільним ядром і околицями зірок, що швидко формуються.

Астрономи використали космічний телескоп NASA /ESA Джеймса Вебба (JWST), щоб спостерігати за зростанням «навиворіт» галактики в ранньому Всесвіті, лише через 700 мільйонів років після Великого вибуху.

Ця галактика у сто разів менша за Чумацький Шлях, але вона напрочуд зріла для такого раннього розвитку Всесвіту. Подібно до великого міста, ця галактика має щільне ядро ​​зірок, але стає рідшим у галактичних «передмістях». І, як велике місто, ця галактика починає розростатися, прискорюючи утворення зірок на околицях.

Це найраніше в історії виявлення зростання галактик навиворіт. До Вебба не було можливості вивчити ріст галактик на такому ранньому етапі історії Всесвіту. Хоча зображення, отримані за допомогою Вебба, являють собою моментальний знімок у часі, дослідники під керівництвом Кембриджського університету кажуть, що вивчення подібних галактик може допомогти нам зрозуміти, як вони перетворюються з хмар газу на складні структури, які ми спостерігаємо сьогодні. Про результати повідомляється сьогодні (11 жовтня) в журналі Nature Astronomy .

Нове розуміння ранньої галактичної еволюції

«Питання про те, як галактики еволюціонують протягом космічного часу, є важливим для астрофізики», — сказав один із авторів дослідження д-р Сандро Такчелла з Кавендішської лабораторії Кембриджа. «У нас було багато чудових даних за останні десять мільйонів років і для галактик у нашому куточку Всесвіту, але тепер з Веббом ми можемо отримати дані спостережень за мільярди років назад у часі, досліджуючи перший мільярд років космічного історії, яка відкриває всілякі нові питання».

Галактики, які ми спостерігаємо сьогодні, ростуть за допомогою двох основних механізмів: або вони втягують, або накопичують газ, утворюючи нові зірки, або вони ростуть шляхом злиття з меншими галактиками. Питання, чи працювали різні механізми в ранньому Всесвіті, астрономи сподіваються вирішити разом з Веббом.

«Ви очікуєте, що галактики спочатку малі, оскільки газові хмари руйнуються під дією власної сили тяжіння, утворюючи дуже щільні ядра зірок і, можливо, чорні діри», — сказав Тачелла. «У міру того як галактика росте і зореутворення збільшується, це схоже на обертання фігуриста: коли фігурист тягне руки, вони набирають обертів і обертаються все швидше і швидше. Галактики дещо схожі: газ, який накопичується пізніше на все більших і більших відстанях, обертає галактику вгору, тому вони часто мають форму спіралі або диска».

Спостереження за утворенням зірок у ранньому Всесвіті

Ця галактика, яку спостерігали в рамках колаборації JADES (JWST Advanced Extragalactic Survey), активно формує зірки в ранньому Всесвіті. Вона має дуже щільне ядро, яке, незважаючи на свій відносно молодий вік, має таку ж щільність, як і сучасні масивні еліптичні галактики, які мають у 1000 разів більше зірок. Більша частина зореутворення відбувається далі від ядра, а «згусток» зореутворення — ще далі.

Активність зореутворення сильно зростає до околиць, оскільки зореутворення поширюється, а галактика збільшується в розмірах. Цей тип зростання був передбачений теоретичними моделями, але за допомогою Вебба тепер його можна спостерігати.

«Одна з багатьох причин того, що Вебб настільки трансформує нас, як астрономів, полягає в тому, що тепер ми можемо спостерігати те, що раніше було передбачено за допомогою моделювання», — сказав співавтор Вільям Бейкер, докторант Кавендішського університету. «Це як можливість перевірити домашнє завдання».

Прогрес у галактичних дослідженнях з Веббом

Використовуючи Webb, дослідники витягли інформацію зі світла, випромінюваного галактикою на різних довжинах хвиль, яку вони потім використали для оцінки кількості молодших зірок у порівнянні зі старшими зірками, яка перетворюється на оцінку маси зірок і швидкості утворення зірок.

Оскільки галактика дуже компактна, окремі зображення галактики були «змодельовані», щоб врахувати інструментальні ефекти. Використовуючи моделювання зоряної популяції, яке включає приписи щодо виділення газу та поглинання пилу, дослідники знайшли старіші зірки в ядрі, тоді як навколишній компонент диска переживає дуже активне зореутворення. Ця галактика подвоює свою зоряну масу на околицях приблизно кожні 10 мільйонів років, що дуже швидко: галактика Чумацький Шлях подвоює свою масу лише кожні 10 мільярдів років.

Щільність галактичного ядра, а також висока швидкість утворення зірок свідчать про те, що ця молода галактика багата газом, необхідним для утворення нових зірок, що може відображати різні умови в ранньому Всесвіті.

«Звичайно, це лише одна галактика, тому нам потрібно знати, що робили інші галактики в той час», — сказав Тачелла. «Чи всі галактики були такими, як ця? Зараз ми аналізуємо подібні дані з інших галактик. Дивлячись на різні галактики протягом космічного часу, ми, можливо, зможемо реконструювати цикл зростання та продемонструвати, як галактики ростуть до свого кінцевого розміру сьогодні».