Каждый раз, когда новый телескоп готовится начать наблюдения, учёные говорят, что с нетерпением ждут ответов на некоторые нерешённые вопросы. Ведь каждый новый телескоп специально разрабатывается для решения некоторых из этих вопросов. Но они также отмечают, что новые телескопы неизбежно преподносят новые сюрпризы, и с каким нетерпением они ждут возможности столкнуться с этими сюрпризами. Что касается JWST, оба этих ожидания сбылись.
Мощные инфракрасные возможности JWST позволяют ему заглянуть в прошлое дальше, чем любому предыдущему телескопу. Многие заголовки, которые он породил, посвящены сюрпризам, которые он открыл в ранней Вселенной. Он обнаружил чёрные дыры гораздо более массивные, чем мы считали возможным, а также полностью сформировавшиеся галактики раньше, чем это могут объяснить современные теории.
Теперь обнаружена ещё одна удивительная галактика в ранней Вселенной. Индийские исследователи обнаружили зрелую большую спиральную галактику, очень похожую на Млечный Путь, которая существовала всего 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва.
Как сделали открытие
Открытие стало результатом нового исследования в журнале Astronomy and Astrophysics под названием « Грандиозная спиральная галактика через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва с помощью JWST ». Авторы — Раши Джайн и Йогеш Вададекар. Оба они из Национального центра радиоастрофизики — Института фундаментальных исследований Тата в Пуне, Индия.
«Это заставляет нас переосмыслить нашу теоретическую базу». — Раши Джейн, NCRA, Институт фундаментальных исследований Тата
Новая галактика названа Алакананда в честь гималайской реки, которая является истоком двух других рек: Ганги и Мандакини. Мандакини также является названием Млечного Пути на языке хинди .
Алакананда — крупная галактика размером около 10 килопарсеков (32 500 световых лет) в поперечнике с массой около 16 миллиардов солнечных масс, что лишь немного меньше массы Млечного Пути.
«Это одна из спиральных галактик с самым большим красным смещением, обнаруженных с помощью JWST», — пишут авторы. «Наш морфологический анализ с помощью GALFIT показывает, что эта галактика представляет собой хорошо сформированный диск с двумя симметричными спиральными рукавами, которые хорошо видны в остаточных данных GALFIT». GALFIT — широко используемый инструмент для моделирования галактик на основе их профилей блеска.
Самое интересное в Алакнанде — её полностью сформировавшаяся спиральная форма. «Обнаружение спиральной галактики на z ∼ 4 указывает на то, что массивные и большие спиральные галактики и диски существовали уже всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва», — пишут исследователи в своей статье.
Насколько понимают астрономы, для формирования спиральной формы требуется много времени. «Алакананда обладает структурной зрелостью, которую мы связываем с галактиками, возраст которых составляет миллиарды лет», — пояснил ведущий автор Джайн в пресс-релизе . «Обнаружение столь хорошо организованного спирального диска в эту эпоху говорит нам о том, что физические процессы, управляющие формированием галактик — аккреция газа, оседание диска и, возможно, развитие спиральных волн плотности — могут протекать гораздо эффективнее, чем предсказывают современные модели. Это заставляет нас пересмотреть нашу теоретическую базу».
Анализ Алакананды
Анализ Алакананды стал возможен только благодаря гравитационному линзированию. Скопление галактик Abell 2733 на переднем плане усилило свет от далёкой галактики. Гравитационное линзирование увеличило яркость Алакананды вдвое, что позволило JWST получить её детальное изображение. Инструменты JWST оснащены универсальным набором фильтров, и, используя 21 фильтр, телескоп смог детально преобразовать её свет. Все эти данные позволили исследователям определить характеристики галактики.
В Алакананде звёзды формируются с высокой скоростью, около 63 солнечных масс в год. Для сравнения, в Млечном Пути звёзды формируются со скоростью около 1-2 солнечных масс в год. Это соответствует древним галактикам, где звёзды формировались быстрее, чем в современных. 50% её звёзд образовались после z=4,6, то есть примерно 13,1 миллиарда лет назад. Это шокирует, поскольку означает, что половина её звёзд образовалась всего за 200 миллионов лет — чрезвычайно короткий период по космическим меркам.
«Каким-то образом этой галактике удалось собрать воедино десять миллиардов солнечных масс звёзд и организовать их в красивый спиральный диск всего за несколько сотен миллионов лет». — Йогеш Вададекар, NCRA, Институт фундаментальных исследований Тата.
Это открытие – ещё один гвоздь в гроб наших давних теорий образования галактик и ранней Вселенной. Алакнанда – одна из растущего списка древних галактик, бросающих вызов теории. В то время как другие древние галактики, опровергающие теории, имеют форму диска, Алакнанда – это грандиозная спираль, один из самых ярких примеров такой галактики, существовавшей в далёком прошлом, что подчёркивает её роль как открытия, бросающего вызов теориям.
«Алакананда показывает, что ранняя Вселенная могла формировать галактики гораздо быстрее, чем мы предполагали», — сказал соавтор исследования Йогеш Вададекар. «Каким-то образом этой галактике удалось собрать десять миллиардов звёзд массой, превышающей солнечную, и организовать их в прекрасный спиральный диск всего за несколько сотен миллионов лет. Это невероятно быстро по космическим меркам, и это заставляет астрономов переосмыслить процесс формирования галактик».
Что мы знаем
Возможно, наше понимание формирования спиральных рукавов неверно. Современная теория образования галактик утверждает, что аккреция газа из окружающего пространства на галактику занимает много времени. Затем газ должен собраться во вращающийся диск. В конечном итоге в диске формируются волны плотности, приводящие к формированию спиральных рукавов.
Но возможно, что в некоторых случаях, включая Алакнанду, столкновение с другой галактикой может инициировать образование спиральных рукавов. Проблема в том, что астрономы считают, что такие спиральные рукава постепенно затухают и не существуют долго.
У Алакнанды есть потенциальная галактика-компаньон, которая могла бы объяснить, как образовались ее спиральные рукава.
«Также существует небольшая сфероидальная галактика вблизи южного конца галактического диска», — объясняют авторы. «Это открытие поднимает ряд вопросов относительно доминирующего механизма, ответственного за возникновение спиральной структуры в этой галактике, и того, вызвана ли она распадом сгустков с течением времени или взаимодействием с её потенциальной галактикой-спутником», — пишут авторы.
Распад сгустков относится к сгущениям, образующимся в нестабильных дисковых галактиках. По мере распада этих сгустков они могут образовывать спиральные рукава. «Это указывает на то, что спиральные галактики, возможно, эволюционировали из стадии сгущения, то есть растворение сгустков в сгущенных галактиках с большим красным смещением может быть потенциальным механизмом происхождения спиральных галактик», — объясняют авторы.
Ответ может быть найден в дальнейших наблюдениях с помощью телескопа JWST и Большой Атакамской антенной решетки миллиметрового диапазона (ALMA). Если астрономы смогут определить скорость вращения Алакананды и упорядоченность вращения её диска, они смогут определить, образовались ли спиральные рукава в результате взаимодействия со спутником или в результате растворения сгустков.
Чтобы сценарий с компаньонами оказался верным, диски должны быть относительно горячими и нестабильными, и ALMA и JWST могут в этом помочь. «Будущие наблюдения NIRSpec/IFU или ALMA помогут выяснить, является ли диск Алакнанды динамически горячим или холодным, и позволят определить механизмы формирования спиральных рукавов в этой интригующей галактике», — заключают авторы.
Источники:
Статья создана по материалам https://www.universetoday.com/articles/the-jwst-discovered-another-perplexing-early-galaxy
