Используя массив радиотелескопов ALMA, астрономы открыли галактику со спиральной морфологией, которая уже существовала, когда Вселенной было всего 1,4 миллиарда лет. Она является самым древним объектом подобного рода из когда-либо наблюдавшихся ранее, и ее открытие важный шаг к решению давней загадки: как и когда образовались спиральные галактики? Полученные данные и выводы ученых представлены в журнале Science.
«Никогда ранее я не встречал столь явных доказательств вращающегося диска, спиральной и массивной центральной структур в галактике на таком удалении», – рассказывает Такафуми Цукуи, ведущий автор исследования из Университета перспективных исследований (Япония).
Древняя галактика BRI 1335-0417 со спиральной морфологией. Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), T. Tsukui & S. Iguchi
Млечный Путь, в котором мы живем, относится к спиральным галактикам. Их популяция является фундаментальной во Вселенной, так как они составляют примерно 70% от общего числа известных галактик. Однако, доля таких объектов быстро уменьшается по мере того, как мы приближаемся к Большому взрыву.
Когда образовались спиральные галактики?
Стандартные модели предполагают, что формирование галактик в ранней Вселенной начиналось с крошечных, турбулентных и в значительной степени неорганизованных протогалактик, которым, вероятно, потребовались миллиарды лет, чтобы вырасти в стабильные спиральные и эллиптические структуры, наблюдаемые сегодня в нашем локальном окружении.
Снимок от космического телескопа «Hubble», содержащий почти 15 тысяч галактик. Credit: NASA, ESA, P. Oesch (University of Geneva), and M. Montes (University of New South Wales)
Открытая галактика со спиральной морфологией, получившая обозначение BRI 1335-0417, обнаружена в архивах наблюдений ALMA. Она сформировалась 12,4 миллиарда лет назад и содержит большое количество пыли, которое скрывает от нас свет ее звезд. Это затрудняет детальное изучение BRI 1335-0417 в видимом свете. Однако, ALMA может фиксировать радиоизлучение ионов углерода в галактике, что позволяет астрономам исследовать происходящие в ней процессы.
Наблюдения показали, что выявленная спиральная структура BRI 1335-0417 простирается на 15 тысяч световых лет от ее центра, то есть галактика примерно в три раза меньше Млечного Пути, при этом по суммарной массе звезд и межзвездного вещества они сопоставимы.
«Поскольку BRI 1335-0417 является очень далеким объектом, мы не можем увидеть истинный край галактики в наших данных. В любом случае для той эпохи она была гигантом», – отметил Такафуми Цукуи.
Спиральная галактика без перемычки NGC 7331. Credit: ESA/Hubble & NASA/D. Milisavljevic (Purdue University)
Возникает вопрос, как эта отчетливая спиральная структура могла сформироваться спустя всего 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва? Авторы исследования рассмотрели несколько возможных сценариев, наиболее вероятным из которых они называют взаимодействием с небольшой галактикой. Согласно наблюдениям, BRI 1335-0417 активно формирует звезды, а газ во внешней части галактики гравитационно нестабилен. Такая ситуация может возникнуть, когда извне поступает большое количество вещества.
Судьба BRI 1335-0417 также окутана тайной. Считается, что галактики, содержащие большое количество пыли и активно формирующие звезды в ранней Вселенной, являются предками гигантских эллиптических структур. В таком случае BRI 1335-0417 поменяет свою форму в будущем. С другой стороны, некоторые модели предсказывают, что она может долгое время оставаться спиральной.
Гигантская эллиптическая галактика NGC 4889. Credit: NASA & ESA
Ясно одно – BRI 1335-0417 будет играть важную роль в изучении эволюции форм галактик на протяжении всей истории Вселенной.
«Солнечная система расположена в одном из спиральных рукавов Млечного Пути, поэтому отслеживание корней спиральной структуры даст нам ключ к разгадке среды, в которой она зародилась», – заключил Такафуми Цукуи.