Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) предоставил астрономам самый детальный на сегодняшний день взгляд на формирование галактик, появившихся всего через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Эти наблюдения показывают, что ранние галактики были гораздо более беспорядочными и турбулентными, чем привычные нам изящные спиральные структуры, которые мы видим в современной Вселенной.
Команда исследователей под руководством ученых из Кембриджского университета изучила более 250 молодых галактик, существовавших, когда возраст Вселенной составлял от 800 миллионов до 1,5 миллиарда лет. Отслеживая движение газа внутри этих систем, они обнаружили, что большинство из них были крайне нестабильными, заполненными сгустками газа и звезд, вместо упорядоченных вращающихся дисков, характерных для зрелых галактик, таких как Млечный Путь.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, дают основание полагать, что галактики постепенно переходили от хаотических к стабильным структурам по мере эволюции Вселенной. На ранних этапах космической истории интенсивное звездообразование и мощные гравитационные силы настолько сильно перемешивали газ, что многим галактикам было трудно сформировать устойчивое вращение.
«Мы наблюдаем не просто несколько выдающихся примеров – это первый случай, когда мы смогли изучить целую популяцию галактик одновременно, – отметила Лола Данхайв, ведущий автор исследования из Института космологии Кавли в Кембридже. – Мы обнаружили огромное разнообразие: некоторые галактики уже начинают переходить к упорядоченному вращению, но большинство из них все еще хаотичны, с газом, раздутым и движущимся во всех направлениях».
Для исследования этих далеких галактик ученые использовали прибор NIRCam телескопа JWST в специализированном «гризм-режиме», который регистрирует слабое свечение ионизированного водорода. Данхайв разработала новое программное обеспечение для расшифровки сложных данных, интегрировав его с изображениями из других обзоров JWST, чтобы отслеживать движение газа внутри каждой галактики.
«Предыдущие результаты указывали на формирование массивных, хорошо упорядоченных дисков на очень ранних этапах, что не соответствовало нашим моделям, – пояснил соавтор исследования доктор Сандро Таккелла из Института Кавли и Кавендишской лаборатории. – Однако, изучая сотни галактик с меньшей звездной массой вместо одной-двух, мы получаем более полную картину, которая гораздо лучше согласуется с теорией. Ранние галактики были более турбулентными, менее стабильными и росли за счет частых слияний и вспышек звездообразования».
«Эта работа помогает преодолеть разрыв между эпохой реионизации и так называемым «космическим полднем», когда звездообразование достигло своего пика, – добавила Данхайв. – Она демонстрирует, как строительные блоки галактик постепенно переходили из хаотичных сгустков в упорядоченные структуры, и как формировались такие галактики, как Млечный Путь».
Данное исследование подчеркивает, как JWST позволяет астрономам изучать динамику галактик с беспрецедентной детализацией. Будущие работы объединят эти открытия с наблюдениями холодного газа и пыли, чтобы сформировать более полное понимание того, как происходило объединение первых галактик Вселенной.
«Это только начало, – заключил Сандро Таккелла. – С появлением большего количества данных мы сможем проследить, как эти турбулентные системы развивались и превратились в изящные спирали, которые мы видим сегодня».
