Астрономы с помощью космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) обнаружили спиральную галактику, удивительно похожую на Млечный Путь, в период, когда, как считалось, такие упорядоченные системы не должны были существовать. Эта находка, получившая название Alaknanda, была сделана всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва, что ставит под сомнение давно устоявшиеся представления о развитии галактик.
Заслуга в этом открытии принадлежит исследователям Раши Джайну и Йогешу Вададекару из Национального центра радиоастрономии Института фундаментальных исследований Тата (NCRA-TIFR) в Пуне, Индия. Благодаря мощному инфракрасному зрению JWST они смогли наблюдать систему, которая поразительно напоминает наш Млечный Путь, хотя сформировалась, когда возраст Вселенной составлял примерно одну десятую от нынешнего. Галактика получила имя Alaknanda – в честь гималайской реки, одного из двух истоков Ганги, а также слова, которое на хинди означает Млечный Путь. Результаты их работы опубликованы в европейском журнале *Astronomy & Astrophysics*.
Обычно ученые предполагают, что ранние галактики выглядят хаотично и неупорядоченно, а не структурно стабильно. Классические спиральные галактики с двумя четко выраженными рукавами, известные как «галактики грандиозного дизайна», по предположениям, требуют нескольких миллиардов лет для полного развития. Формирование такой галактики включает медленную, постоянную аккрецию газа, его оседание в вращающийся диск и появление волн плотности, формирующих спиральные рукава. Кроме того, система должна избегать крупных столкновений, способных разрушить ее хрупкую структуру.
Alaknanda совершенно не вписывается в эту схему. Она уже демонстрирует два заметных, широких рукава, окружающих яркий центральный балд, простираясь примерно на 30 000 световых лет. Галактика также формирует звезды с исключительной скоростью – эквивалентной массе около 60 Солнц ежегодно, что примерно в 20 раз быстрее, чем в нынешнем Млечном Пути. Примерно половина звезд в Alaknanda, по-видимому, образовалась всего за 200 миллионов лет – это чрезвычайно быстро по космическим меркам.
«Alaknanda обладает структурной зрелостью, которую мы связываем с галактиками, на миллиарды лет старше», – отмечает Раши Джайн. – «Обнаружение такого хорошо организованного спирального диска в эту эпоху говорит о том, что физические процессы, управляющие формированием галактик – аккреция газа, оседание диска и, возможно, развитие спиральных волн плотности – могут действовать гораздо эффективнее, чем предсказывают современные модели. Это вынуждает нас переосмыслить нашу теоретическую основу».
Такое детальное наблюдение стало возможным благодаря феномену гравитационного линзирования. Галактика Alaknanda находится в направлении массивного скопления галактик Abell 2744, известного как Скопление Пандоры. Гравитация скопления искривляет и усиливает свет от галактик, расположенных за ним. Это естественное увеличение сделало Alaknanda примерно в два раза ярче, предоставив JWST более четкое изображение ее спиральной структуры. Для углубленного изучения галактики Джайн и Вададекар проанализировали снимки JWST, сделанные через 21 различный фильтр, каждый из которых фиксировал отдельный срез ее света. Эти наблюдения, являющиеся частью программ JWST UNCOVER и MegaScience, позволили исследователям с необычайной точностью определить расстояние до галактики, количество содержащейся в ней пыли, число образовавшихся звезд и изменения скорости звездообразования с течением времени.
JWST уже выявил несколько удивительно зрелых дисковых галактик на больших расстояниях, однако Alaknanda выделяется как один из наиболее четких ранних примеров классической спирали «грандизного дизайна» – галактики с двумя хорошо выраженными, симметричными рукавами. Ее существование добавляет свидетельств тому, что ранняя Вселенная была значительно более развитой, чем ученые когда-то предполагали.
«Alaknanda показывает, что ранняя Вселенная была способна к гораздо более быстрой сборке галактик, чем мы ожидали», – утверждает Йогеш Вададекар. – «Каким-то образом эта галактика сумела собрать десять миллиардов солнечных масс звезд и организовать их в прекрасный спиральный диск всего за несколько сотен миллионов лет. Это необычайно быстро по космическим стандартам и вынуждает астрономов переосмыслить механизмы формирования галактик».
Теперь исследователи стремятся понять, что именно породило спиральные рукава Alaknanda. Одна из гипотез предполагает, что постоянные потоки холодного газа позволили волнам плотности естественным образом сформировать рукава. Другая возможность заключается в том, что меньшая галактика-компаньон прошла достаточно близко, чтобы вызвать спиральный узор, хотя такие приливные спирали обычно быстро исчезают. Последующие наблюдения с использованием спектроскопических приборов JWST или Атакамского большого миллиметрового массива (ALMA) в Чили могут показать, вращается ли диск плавно (динамически «холодный») или демонстрирует признаки турбулентности (динамически «горячий»), что даст ключи к его формированию.
Открытие Alaknanda – это больше, чем просто впечатляющее изображение из далекого прошлого. Ее существование вынуждает астрономов пересмотреть хронологию космической эволюции, включая то, как возникли звезды, галактики и, в конечном итоге, такие планеты, как Земля. Если галактики могли так быстро организовываться, то ранняя Вселенная была гораздо более активной и продуктивной средой, чем предполагалось ранее, потенциально позволяя планетным системам появляться раньше, чем ожидалось. По мере того, как JWST продолжает проникать глубже в космос и время, вероятно, будет найдено больше галактик, подобных Alaknanda, каждая из которых предложит новое понимание того, как быстро ранняя Вселенная строила сложные структуры. Существование Alaknanda подтверждает, что молодая Вселенная была способна формировать стабильные, дисковые системы гораздо раньше, чем считали ученые, что делает ее одной из самых далеких спиральных галактик «грандизного дизайна», когда-либо идентифицированных.
