Ранние галактики Вселенной развивались быстрее, чем предполагалось

Серое изображение галактики EGS_31125 (10,6 миллиардов лет назад), полученное космическим телескопом Джеймса Уэбба. Видна полоса галактики (очерченная на центральном изображении толстой сплошной фиолетовой линией, а спиральные рукава показаны слабыми фиолетовыми линиями). Автор: Zoe Le Conte

Согласно новому исследованию, охватывающему более десяти миллиардов лет, ранние галактики Вселенной были менее хаотичными и развивались гораздо быстрее, чем считалось ранее. Международная группа астрономов во главе с Даремским университетом (Великобритания) использовала космический телескоп Джеймса Уэбба (JWST), чтобы найти доказательства образования перемычек, когда Вселенной было всего несколько миллиардов лет.

Это исследование опубликовано в журнале «Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества».

Перемычки — это удлиненные полосы звезд, встречающиеся в дисковых или спиральных галактиках, таких как наш Млечный Путь. По мере развития перемычек они регулируют звездообразование внутри галактики, выталкивая газ в центральную область галактики, и их присутствие говорит ученым о том, что галактики вступили в устойчивую, зрелую фазу.

Предыдущие исследования, проведенные с помощью космического телескопа «Хаббл», смогли обнаружить галактики, образующие перемычки, около восьми или девяти миллиардов лет назад. Но повышенная чувствительность и диапазон длин волн, предлагаемые JWST, означают, что исследователи смогли увидеть явление, происходящее еще в более далеком прошлом. Это означает, что ученым, возможно, придется переосмыслить свои теории об эволюции галактик на ранних стадиях формирования Вселенной.

Ведущий автор Зои Ле Конте, доктор философии, научный сотрудник Центра внегалактической астрономии физического факультета Даремского университета, сказала: «Галактики в ранней Вселенной формируются гораздо быстрее, чем мы думали. Это настоящий сюрприз, потому что можно было бы ожидать, что Вселенная на том этапе будет очень турбулентной, с большим количеством столкновений между галактиками и большим количеством газа, который еще не превратился в звезды».

Это сравнение фильтров демонстрирует влияние функции рассеяния точки (PSF), чувствительности и диапазона длин волн на изображение галактики, особенно в контексте полос. Автор: Zoe Le Conte

«Однако благодаря космическому телескопу Джеймса Уэбба мы видим множество таких перемычек гораздо раньше в жизни Вселенной, а это означает, что галактики находились на более устойчивой стадии своей эволюции, чем считалось ранее. Это означает, что нам придется изменить наши взгляды на раннюю эволюцию галактик».

Исследователи использовали JWST для поиска образования перемычек в галактиках, какими их можно было наблюдать от восьми до 11,5 миллиардов лет назад. Возраст самой Вселенной 13,7 миллиардов лет.

Исследователи увидели, что из 368 наблюдаемых дисковых галактик почти 20% имели перемычки — в два раза больше, чем наблюдал Хаббл.

Соавтор доктор Дмитрий Гадотти из Центра внегалактической астрономии факультета физики Даремского университета отметил: «Мы обнаружили, что в ранней Вселенной присутствовало гораздо больше перемычек, чем ранее было обнаружено в исследованиях Хаббла, подразумевая, что галактика с перемычками эволюция происходит гораздо дольше, чем считалось ранее. Тот факт, что перемычек стало намного больше, очень интересен».

Серое изображение галактики EGS_31125, произошедшее 10,6 миллиардов лет назад, полученное космическим телескопом Хаббл. Перемычка галактика не видна. Автор: Zoe Le Conte

«Теперь необходимо тщательно изучить моделирование Вселенной, чтобы увидеть, получим ли мы те же результаты, что и наблюдения, которые мы сделали с Джеймсом Уэббом. Мы должны думать за пределами того, что, как мы думали, мы знали».

По мере того, как исследователи заглядывали в прошлое, они могли видеть все меньше и меньше галактик, образующих перемычки.

Они говорят, что это может быть связано с тем, что галактики на еще более ранней стадии развития Вселенной могли быть не так хорошо сформированы. В настоящее время также нет возможности увидеть более короткие полосы звезд, которые труднее обнаружить, даже с учетом увеличенной телескопической мощности, предлагаемой JWST.

Исследователи говорят, что теперь они хотят исследовать еще больше галактик в ранней Вселенной, чтобы увидеть, сформировали ли они перемычки. Они надеются в конечном итоге заглянуть в прошлое – на 12,2 миллиарда лет – чтобы посмотреть на рост перемычек с течением времени и на то, какие механизмы стоят за этим ростом.

Впечатление художника, показывающее строение Млечного Пути. Перемычка представляет собой желтоватую вытянутую структуру, пересекающую центр галактики. Автор: NASA/JPL-Caltech/ESO/R. Hurt

Изображение художником космического телескопа Джеймса Уэбба с главным зеркалом, направленным в космос. Автор: TRW-Ball

JWST является заменой космического телескопа Хаббл и является самым большим и мощным космическим телескопом, когда-либо построенным.

Центр внегалактической астрономии Даремского университета участвовал в научной разработке телескопа, в том числе прибора среднего инфракрасного диапазона (MIRI), который используется для исследования галактик и черных дыр. Центр передового приборостроения Дарема также изготовил часть оптики для прибора JWST Integral Field Unit (NIRSpec) спектрографа ближнего инфракрасного диапазона.

В последнем исследовании также приняли участие ученые из Института вычислительной космологии Даремского университета, Университета Виктории, Канада; Центр астрофизики Джодрелла Бэнка — Манчестерский университет, Великобритания; Европейская Южная обсерватория; факультет астрономии и атмосферных наук Национального университета Кёнпук, Республика Корея; Институт астрономии Макса Планка, Германия; Университет Экс-Марсель, Франция.

Больше информации: Zoe Le Conte et al, A JWST investigation into the bar fraction at redshifts 1 < z < 3, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2024). DOI: 10.1093/mnras/stae921. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2309.10038

Источник: Durham University