Как формировались галактики, которые мы наблюдаем, — один из ключевых вопросов в астрофизике. Теперь у исследователей появилась возможность не только разобраться в этом, но и увидеть процесс непосредственно.
Видимая ученым область Вселенной имеет радиус около 46 миллиардов световых лет. Это предельное расстояние, с которого свет, испущенный в расширяющейся Вселенной за 13,8 миллиардов лет ее существования, мог достичь нас. В этом объеме пространства, по предварительным расчетам, находится от сотен миллиардов до двух триллионов галактик. Все они формируют лишь 4% общей массы-энергии Вселенной, однако даже их изучение представляет собой сложную задачу.
По мнению космологов, галактики состоят преимущественно из водорода. Этот элемент возник через несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва и изначально заполнил всё пространство плотным «смогом». Со временем он начал скапливаться в отдельные участки, которые и стали галактиками. Однако детали этого процесса формирования и факторы, определяющие их внешний вид, продолжают изучаться астрономами.
Инфракрасная космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» помогает приблизиться к пониманию этого вопроса, поскольку она способна видеть самые удаленные галактики, которые наблюдаемы только в инфракрасном свете. Это также означает, что телескоп позволяет заглянуть в самое раннее прошлое Вселенной. Он уже предоставил нам множество изображений галактик, существовавших всего через сотни миллионов лет после Большого взрыва. И одна из них привлекла внимание астрономов своим процессом роста. Точнее, как она росла 13 миллиардов лет назад.
Галактика, обозначенная в каталогах как JADES-GS+53.18343−27.79097, обладает массой, эквивалентной 400 миллионам солнечных масс, и диаметром приблизительно 1500 световых лет. Это делает ее в сотню раз меньше нашей галактики Млечный Путь, в которой насчитывается сотни миллиардов звезд. Она предстает перед нами в том виде, какой имела через 700 миллионов лет после начала существования Вселенной. Следует отметить, что возможность столь детально наблюдать галактику в те ранние эпохи является необычной: исследователи традиционно полагали, что в то время полноценные галактики еще не существовали, однако полученные снимки телескопа «Уэбб» опровергают это предположение.
Для объекта JADES-GS+53.18343−27.79097 было отмечено, что ядро молодой, малой галактики обладает плотностью, сопоставимой с плотностью ядер современных гигантских эллиптических галактик. При этом интенсивное звездообразование происходит преимущественно вблизи внешних границ. Общая масса светил на границах галактики увеличивается вдвое каждые 10 миллионов лет. Как пишут в журнале Nature Astronomy исследователи из Кембриджского университета (Великобритания), это подтверждает теоретически предсказанный сценарий, по которому со временем звездообразование распространяется и усиливается все дальше и дальше от центра. То есть галактика разрастается «изнутри».
По словам соавтора исследования, доктора Сандро Тачелла из Кавендишской лаборатории Кембриджа, формирование галактик можно сравнить с вращением фигуриста на льду, который увеличивает скорость вращения, прижимая руки к себе. Аналогично, по мере увеличения массы в центре формирующейся галактики, вещество в этой области начинает вращаться всё интенсивнее, что приводит к образованию спиральной структуры или диска.