Телескоп «Джеймс Уэбб» (James Webb Space Telescope, JWST) заглянул на 11 миллиардов лет в прошлое и нашёл галактики с двумя звёздными дисками — как у нашей. Это открытие помогает восстановить историю Млечного Пути (Milky Way).
Астрономы из Австралийского национального университета (Australian National University, ANU) изучили 111 далёких галактик, обращённых к нам ребром, — это дало возможность точно измерить толщину их звёздных дисков. Впервые учёные увидели, что двухслойная структура — толстый и тонкий диски — существовала уже в ранней Вселенной.
Толстый диск состоит из старых тусклых звёзд, тонкий — из молодых ярких. Один вложен в другой, создавая структуру вроде «водоворота в водовороте». Земля и Солнце находятся именно в тонком диске Млечного Пути. Астрофизик Такафуми Цукуи (Takafumi Tsukui) из ANU отметил:
Это уникальное измерение толщины дисков при высоком красном смещении стало эталоном для теории. Обычно молодые звёзды тонкого диска затмевают тусклый свет старых. Но благодаря чувствительности JWST мы смогли различить оба слоя и измерить каждый отдельно.
Оригинальная цитата: This unique measurement of the thickness of the disks at high redshift, or at times in the early universe, is a benchmark for theoretical study that was only possible with the JWST. Usually, the older, thick disk stars are faint, and the young, thin disk stars outshine the entire galaxy. But with the JWST’s resolution and unique ability to see through dust and highlight faint old stars, we can identify the two-disk structure of galaxies and measure their thickness separately.
Исследователи разделили галактики на две группы — с одним диском и с двумя. Выяснилось, что сначала формируется толстый диск, а уже потом — тонкий. Причём время появления второго зависит от массы: в тяжёлых галактиках он возник около 8 млрд лет назад, в лёгких — примерно 4 млрд лет назад.
Затем учёные подключили радиотелескоп ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) и другие обсерватории, чтобы изучить газ вокруг галактик. Он оказался турбулентным — это и вызвало ранние вспышки звездообразования и появление толстых дисков. Со временем газ стабилизировался, разрежался, и на этом фоне начал формироваться тонкий диск. Эмили Висниоски (Emily Wisnioski), участница исследования и научный сотрудник Australian National University добавила:
Мы знали, что у Млечного Пути два диска, но не понимали, когда такая структура возникает у других галактик. Было неожиданно увидеть тонкие диски, существовавшие уже 8 миллиардов лет назад. Это раньше, чем мы предполагали.
Оригинальная цитата: This is the first time it has been possible to resolve thin stellar disks at higher redshift. What’s really novel is uncovering when thin stellar disks start to emerge. To see thin stellar disks already in place 8 billion years ago, or even earlier, was surprising.
Массивные галактики быстрее превращали газ в звёзды и быстрее достигали стабильности. Так они раньше начинали формировать тонкие диски — те самые, в которых потом могли появиться планеты, звёзды вроде Солнца и, возможно, жизнь.
Современные дисковые галактики часто состоят из толстого внешнего диска, заполненного звездами, и тонкого внутреннего диска, состоящего из звезд. Астрономы предложили три основных теоретических сценария, объясняющих возникновение этой двухдисковой структуры. Используя архивные данные космического телескопа «Джеймс Уэбб», команда астрономов приблизилась к пониманию происхождения дисковых галактик и процесса формирования толстого и тонкого дисков звезд. Команда тщательно идентифицировала, визуально проверила и проанализировала статистическую выборку из более чем 100 галактик с краевыми дисками в различные периоды — вплоть до 11 млрд лет назад (или примерно через 2,8 млрд лет после Большого взрыва). Результаты анализа показали, что галактики сначала образуют толстый диск, а затем тонкий. Сроки этого процесса зависят от массы галактики: высокомассивные однодисковые галактики перешли к двухдисковым структурам около 8 миллиардов лет назад, в то время как маломассивные однодисковые галактики сформировали свои тонкие диски около 4 миллиардов лет назад.
Present-day disk galaxies often contain a thick, star-filled outer disk and an embedded thin disk of stars. Three major theoretical scenarios have been proposed by astronomers to explain how this dual-disk structure comes to be. Using archival data from the James Webb Space Telescope, a team of astronomers is closer to understanding disk galaxies’ origins, and the stellar thick- and thin-disk formation process. The team carefully identified, visually verified, and analyzed a statistical sample of more than 100 edge-on disk galaxies at various periods — up to 11 billion years ago (or approximately 2.8 billion years after the big bang). The results of their analysis suggest that galaxies form a thick disk first, followed by a thin disk. The timing of this process depends on a galaxy’s mass: high-mass, single-disk galaxies transitioned to two-disk structures around 8 billion years ago, while low-mass, single-disk galaxies formed their thin disks about 4 billion years ago.
NASA, ESA, CSA, STScI, Takafumi Tsukui (ANU)
JWST показал, что галактики с двойными дисками появились уже вскоре после Большого взрыва. Эти находки помогают понять, как развивался Млечный Путь и откуда вообще взялись Солнце, Земля и мы с вами.
