С помощью радиотелескопа ALMA и космических обсерваторий «Хаббл» и «Уэбб» учёные заглянули в раннюю Вселенную — и нашли подсказки, как появились спиральные галактики, подобные нашей.
Астрономам удалось заглянуть в эпоху, когда Вселенной было всего миллиард лет — примерно 7% от её текущего возраста. Это стало возможно благодаря радиотелескопу ALMA и данным с орбитальных телескопов «Уэбб» и «Хаббл».
Команда исследовала 39 далёких галактик в рамках проекта CRISTAL, чтобы понять, как возникли первые звёздные диски и каким образом беспорядочные облака газа превратились в упорядоченные структуры, напоминающие Млечный Путь.
Ученые словно использовали ALMA как машину времени, чтобы увидеть, как выглядели первые галактики — и как они эволюционировали.
Семейный портрет галактик из обзора CRISTAL. Красным цветом показан холодный газ, обнаруженный в результате наблюдений ALMA [CII]. Синий и зеленый цвета представляют звездный свет, зафиксированный космическими телескопами «Хаббл» и «Уэбб». Изображение предоставлено ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / HST / JWST / Р. Эррера-Камю)
A family portrait of galaxies from the CRISTAL survey. Red shows cold gas traced by ALMA’s [CII] observations. Blue and green represent starlight captured by the Hubble and James Webb Space Telescopes (Image credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / HST / JWST / R. Herrera-Camus)
ALMA позволил построить подробные карты распределения межзвёздного газа — ключевого компонента в формировании новых звёзд. Учёные обнаружили, что первые светила возникали в гигантских скоплениях размером в тысячи световых лет. Кроме того, холодный газ в этих галактиках распространяется намного дальше, чем молодые звезды, — а значит, он может питать новое звёздообразование или быть вытеснен под действием звёздных ветров.
Некоторые из этих далёких галактик уже приобретают дискообразную форму, которая характерна для современных спиральных галактик. Исследователи уверены: именно такие структуры стали предками Млечного Пути. Это первый случай, когда астрономы увидели зачатки спиральных галактик в таком далёком прошлом.
Из всех объектов проекта особенно выделились CRISTAL — 13 и CRISTAL — 10. Первая скрыта за плотными пылевыми облаками, которые полностью блокируют видимый свет от новорожденных звёзд. Однако наблюдения в миллиметровом диапазоне позволили «заглянуть» сквозь пыль и обнаружить скрытые структуры.
Художественная иллюстрация телескопа CRISTAL — 13. Пылевые области скрывают новорождённые звёзды, чья энергия повторно излучается на миллиметровых волнах, фиксируемых радиотелескопом ALMA. Источник изображения: NSF/AUI/NRAO/B. Saxton
Artist’s illustration of CRISTAL — 13. Dust-rich regions obscure newborn stars, whose energy is re-emitted at ALMA’s millimeter wavelengths. Image credit: NSF/AUI/NRAO/B. Saxton
CRISTAL — 10 оказалась ещё загадочнее: несмотря на высокую яркость в инфракрасном диапазоне, излучение ионизированного углерода в ней оказалось аномально слабым. Это может говорить о крайне необычных физических условиях в межзвёздной среде. Подобное соотношение яркости и спектра указывает на экстремальные процессы, происходившие в галактике всего через миллиард лет после Большого взрыва.
Исследование даёт первое детальное представление о раннем этапе эволюции галактик — от хаотичных газовых облаков до упорядоченных дисков. Эти данные помогут понять, как образовались галактики, подобные нашей, и каким образом сформировалась крупномасштабная структура Вселенной.
Следующий этап — наблюдения за ещё более далёкими объектами. Астрономы надеются, что новые данные позволят проследить, как из первых звёздных скоплений возникли спирали и центральные балджи — ключевые элементы современных галактик.
Результаты исследования опубликованы в журнале Astronomy & Astrophysics.
