Астрономы выделили новую популяцию необычных объектов в ранней Вселенной, которые не укладываются в привычные категории — ни как обычные галактики, ни как квазары. Эти объекты получили неофициальное прозвище «утконосы», по аналогии с редким животным, которое сочетает свойства, не характерные для одной группы организмов. Открытие сделано на основе данных космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST) и представляет собой важную задачу для современной теории формирования галактик.
Как были найдены «утконосы»
Группа астрономов под руководством Хаоджина Яна (Haojing Yan) из Университета Миссури проанализировала архивные данные JWST, в частности широкие наблюдения глубокого неба из программы Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), а также данных из других обзоров, таких как UDS и COSMOS.
Среди примерно 2000 точечных источников света, обнаруженных в этих данных, команда выделила девять объектов, возраст света от которых составляет примерно 12–12,6 миллиардов лет (всего на миллиард лет моложе возраста Вселенной). Эти источники выглядят очень компактными, почти точечными, но не демонстрируют спектральных характеристик, присущих известным классам астрономических объектов.
В чем заключается необычность
Обычные яркие и точечные космические источники на подобных больших расстояниях обычно относятся к двум категориям:
- квазары — активные галактические ядра с массивными чёрными дырами, вокруг которых газ движется с огромными скоростями, что приводит к широким спектральным линиям;
- звёзды или сверхкомпактные скопления — локальные объекты, но в случае таких дальних наблюдений их свет слишком слаб или скрыт другими эффектами.
Однако эти девять объектов не соответствуют ни одной из категорий:
- они слишком димны для квазаров и не имеют широких спектральных линий, характерных для быстрого движения газа вокруг сверхмассивных чёрных дыр;
- при этом они не похожи на одиночные звёзды — их удалённость и спектр исключают такую возможность;
- спектры показывают очень узкие спектральные линии, что указывает на медленно движущийся газ, типичный скорее для звездообразующих галактик, но в сочетании с очень компактным, точечным внешним видом это выглядит необычно.
Исследователи сравнивают сочетание этих характеристик с утконосом — животным, которое сочетает черты разных групп (млекопитающее, откладывающее яйца) — поскольку такой набор признаков «не должен» существовать одновременно, но наблюдается прямо в данных JWST.
Возможные объяснения
Учёные обсуждают несколько гипотез, которые могли бы объяснить природу этих объектов, но на сегодняшний день подтверждений недостаточно:
- Новая разновидность галактик с активным звездообразованием: спектры узких линий вполне могут соответствовать звездообразующим объектам, но их точечный вид остаётся непонятным, поскольку даже маленькие галактики обычно выглядят расширенными на изображениях JWST.
- Редкий тип активных галактических ядер (AGN): известно, что существуют узколинейные AGN, но они обычно не точечные — они связаны с более крупными галактическими структурами. Если эти объекты также относятся к AGN, это был бы новый подтип.
- Очень молодые, компактные галактики: учитывая большую удалённость, возможно, JWST наблюдает крайне ранний этап формирования галактик, когда они ещё не развили расширенный дисковый или сфероидальный компонент. Однако существующие модели предполагают, что даже такие ранние галактики должны проявлять признаки разреженного окружения, чего здесь не наблюдается.
На данный момент учёные подчёркивают, что анализ ограничен низким разрешением доступных спектров и для точного определения природы этих объектов необходимы наблюдения с более высокой спектральной разрешающей способностью и более крупные выборки подобных объектов.
Что известно о спектрах
Спектроскопические измерения JWST показали, что у этих объектов узкие разрешённые линии излучения, что означает, что материалы, излучающие свет, движутся медленно. Это отличает их от спектров квазаров, где газ вращается со скоростями тысяч километров в секунду, создавая широкие линии.
Такие узкие линии типичны для области H II — регионов активного звездообразования, но для обычных галактик эти линии сопровождаются расширенными галактическими структурами, видимыми на изображениях JWST. В случае «утконосов» же внешний вид остаётся точечным, даже учитывая высокое разрешение телескопа.
Возможности для теории формирования галактик
Открытие таких объектов в ранней Вселенной (12–12,6 млрд лет назад — т. е. через 1,2–1,8 млрд лет после Большого взрыва) ставит новые вопросы о том, как формировались первые галактики.
В стандартной модели предполагается, что галактики растут через слияния и постепенное накопление газа, формируя сначала небольшие, разрозненные структуры, которые позже объединяются в более крупные. Наблюдения «утконосов» могут указывать на то, что существовали ранние, компактные, тихие фазы формирования галактик, предшествующие классическим моделям слияний и активного роста.
Учёные считают, что подтверждение этой гипотезы потребует наблюдений большего числа подобных объектов и улучшенных спектроскопических данных. Это включает анализ данных с применением более мощных методов спектроскопии, которые позволят выделить тонкие особенности в излучении и более точно определить физические процессы, происходящие в этих источниках.
Презентация результатов
Результаты исследования были представлены на 247-м ежегодном собрании Американского астрономического общества (AAS) в Финиксе, где команда подробно обсудила свойства и возможные интерпретации «утконосов».
Перспективы дальнейшего изучения
Для расширения понимания этих объектов астрономы стремятся:
- собрать большую выборку похожих источников, чтобы установить статистические свойства этой популяции;
- получить спектры с высоким разрешением для уточнения физических характеристик и химического состава;
- развить теоретические модели, которые учитывают возможность ранних компактных галактик или новых типов активных объектов.
Заключение
Открытие так называемых «утконосых» галактик демонстрирует, что телескоп James Webb продолжает выявлять объекты, которые не вписываются в стандартные классификации и бросают вызов существующим моделям эволюции Вселенной. Эти девять чрезвычайно далеких и компактных объектов — скорее всего, новая популяция галактик или активных объектов — требуют дальнейших наблюдений и углублённого анализа, чтобы уточнить их природу и роль в истории космоса.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
