В первых галактиках Вселенной обнаружены скрытые структуры

Фото из открытых источников

Международная группа астрономов смогла заглянуть в первый миллиард лет космоса благодаря Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой антенной решетке (ALMA), открыв беспрецедентные подробности о том, как формировались и развивались галактики на заре Вселенной.

Исследование CRISTAL, одна из самых амбициозных программ, реализуемых чилийской обсерваторией, позволило составить карту холодного газа, космической пыли и вспышек звездообразования в 39 первичных галактиках, предоставив ключевые подсказки о процессах, которые привели к образованию таких структур, как Млечный Путь.

Что отличает CRISTAL от предыдущих исследований, так это его способность с беспрецедентной четкостью определять внутреннюю структуру галактик, настолько далеких, что их свету потребовалось более 13 миллиардов лет, чтобы дойти до нас. ALMA позволяет нам рассматривать эти галактики не как простые точки света, а как сложные системы с холодным газом, областями звездообразования и внутренними движениями, которые объясняют их эволюцию, пояснил Родриго Эррера-Камю, ведущий исследователь проекта и директор Центра формирования галактик тысячелетия (MINGAL) в Чили.

Ключ к исследованию лежит в излучении [CII] – ярком свечении, создаваемом ионизированными атомами углерода в холодном межзвездном газе. Объединив эти данные с наблюдениями в ближнем инфракрасном диапазоне, полученными космическим телескопом имени Джеймса Уэбба (JWST) и телескопом «Хаббл», ученым удалось реконструировать подробную карту межзвездной среды в каждой галактике. Среди наиболее важных открытий – наличие вспышек звездообразования в массивных сгустках, некоторые из которых охватывают тысячи световых лет, что указывает на то, что звезды в этих молодых галактиках формировались не равномерно, а в плотных и турбулентных областях.

Кроме того, у подгруппы галактик наблюдались признаки вращения, что указывает на раннее формирование дискообразных структур, которые в конечном итоге могли эволюционировать в спиральные галактики, подобные тем, что доминируют в современной Вселенной. «Мы наблюдаем зарождение того, что в конечном итоге станет зрелыми галактиками», — заявил соавтор исследования Лорето Баркос-Муньос из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO).

Две галактики особенно привлекли внимание исследователей. Первая, CRISTAL-13, содержит огромные облака космической пыли, поглощающие видимый свет от новорождённых звёзд, полностью скрывая их в оптическом диапазоне. Однако телескоп ALMA, работающий в миллиметровом диапазоне, смог проникнуть сквозь эту завесу, обнаружив структуры, которые иначе остались бы невидимыми.

Второй случай, CRISTAL-10, продемонстрировал ещё более загадочное поведение: его излучение ионизированного углерода было необычно слабым по сравнению с его инфракрасной яркостью – явление, ранее наблюдавшееся только в крайне затемнённых галактиках, таких как Arp 220, расположенных в близлежащей Вселенной. Это несоответствие может указывать на экстремальные физические условия в межзвёздной среде или даже на наличие неизвестного энергетического двигателя, например, активной чёрной дыры, пояснил Эррера-Камю.

По мнению Серхио Мартина, руководителя отдела научных операций ALMA, такие проекты, как CRISTAL, демонстрируют потенциал обсерватории как настоящей «машины времени», способной исследовать космические эпохи, недоступные другим телескопам. Он подчеркнул, что мы наблюдаем галактики в зачаточном состоянии, во Вселенной, возраст которой составлял всего около 7% от её нынешнего возраста.

Исследование даёт представление о том, какими были эти галактики, и закладывает основу для понимания их последующей эволюции. Обнаружение холодного газа, простирающегося за пределы видимых звёзд, предполагает существование резервуаров, которые могли бы питать будущие поколения звёзд или, наоборот, быть выброшенными галактическими ветрами — ключевой процесс для понимания того, почему некоторые галактики перестают формировать звёзды.

CRISTAL закладывает основу для будущих исследований, направленных на понимание того, как примитивные, хаотические галактики, управляемые звёздными вспышками, в конечном итоге превратились в упорядоченные системы, населяющие современный космос. Это исследование даёт нам многополосные данные для проверки наших теорий эволюции галактик, заявил Эррера-Камю. Это важный шаг к ответу на один из важнейших вопросов астрономии: как возникла галактика, подобная нашей.