Ученые идентифицировали примитивную галактику, включающую в себя около пятнадцати скоплений, в которых активно формируются звезды, и расположенную в форме, напоминающую гроздь винограда. Эта галактика, названная «Космический виноград», возникла примерно через 930 миллионов лет после Большого взрыва. Предыдущие наблюдения демонстрировали ее гладкую дискообразную структуру, однако новые данные, собранные с использованием высокочувствительных телескопов, показали ранее не замеченную конфигурацию в ранней Вселенной. Из-за значительного расстояния до нее мы наблюдаем эту галактику такой, какой она была более 13 миллиардов лет назад.
Скопления темной материи и газа, подвергшиеся коллапсу, послужили основой для формирования первых галактик, создав динамические структуры. Предполагается, что они возникли через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва и имели значительно меньшие размеры по сравнению с нынешними галактиками. Анализ объектов, существовавших через 1,4 миллиарда лет после начала формирования Вселенной, демонстрирует, что их вращающиеся диски отличались относительной гладкостью и однородностью.
Такая видимая однородность указывала на возможность стремительной динамической эволюции. Однако для понимания механизмов этого развития необходимо было наблюдать за очень молодыми галактиками, что ранее было затруднено из-за недостаточной разрешающей способности инструментов. В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy, международная группа астрономов объединила данные, полученные с космического телескопа James Webb и массива радиотелескопов ALMA, расположенного в чилийской пустыне Атакама, и применила эффект гравитационного линзирования для детального изучения внутренней структуры галактики «Космический виноград».
«На сегодняшний день этот объект является одним из наиболее заметно искаженных гравитационной линзой далеких галактик », — пояснив Сейдж Фуджимото з Университета Торонто, головний автор дослідження. « Сочетание значительного естественного усиления и данных, полученных с помощью самых современных телескопов, позволило нам изучить внутреннюю структуру удаленной галактики с невиданной ранее точностью и чувствительностью », — добавил он.
Массивные космические объекты, такие как галактики, могут создавать гравитационные линзы, располагаясь между наблюдателем и отдаленным источником света. Гравитационное воздействие деформирует пространство-время, отклоняя и увеличивая свет, исходящий от фонового объекта, подобно действию увеличительного стекла. В качестве гравитационной линзы для изучения «Космического винограда» с помощью James Webb и ALMA была использована галактика RXCJ0600-2007. Благодаря этому методу стало возможным увидеть детали размером приблизительно в 10 парсек (около 30 световых лет) на расстоянии, превышающем 13 миллиардов световых лет. Для детального изучения структуры галактики потребовалось более ста часов наблюдений.
Хотя данные, полученные телескопом Hubble, демонстрировали гладкий вращающийся диск, недавние наблюдения выявили значительно более сложную структуру: плотные, компактные ядра газа, которые, скорее всего, представляют собой области звездообразования. Эти скопления, имеющие диаметр от 10 до 30 парсек, отличаются высокой светимостью и генерируют около 70% ультрафиолетового излучения галактики.
В «Космическом винограде» плотность звездообразующих скоплений достигает 100 тысяч солнечных масс на кубический парсек, что сравнимо с показателями современных галактик, характеризующихся активным звездообразованием. Это позволяет предположить, что формирование звезд в ранней Вселенной могло происходить аналогично современным процессам.
Обычное численное моделирование галактик этого периода не демонстрирует образования такого обильного числа звёздных скоплений во вращающемся диске на столь ранних этапах эволюции Вселенной. Это свидетельствует о недостатках в теоретических моделях, объясняющих процесс коллапса материи в звёзды в условиях экстремальной плотности раннего космоса.
Космический виноград» предоставил первое непосредственное подтверждение взаимосвязи между мелкомасштабной внутренней структурой галактики и ее вращением в крупном масштабе на ранних этапах развития. Это говорит о том, что формирование галактик в упорядоченные вращающиеся системы могло происходить значительно раньше, чем считалось ранее, в то время как большинство существующих моделей предполагает, что молодые галактики изначально имеют хаотичную структуру.
«Анализ данных свидетельствует о том, что свет молодых звезд в ряде галактик, сформировавшихся на ранних этапах эволюции Вселенной, преимущественно генерируется массивными, плотными и компактными звёздными скоплениями, а не звёздами, распределенными равномерно », — это стало возможным благодаря тщательному анализу данных, — пояснил Майк Бойлан-Колчин, соавтор исследования и профессор астрономии из Техасского университета в Остине.
Наряду с этим, показатели скорости звездообразования, массы, размера и химического состава данной галактики свидетельствуют о том, что она относится к «основной последовательности». Это говорит о том, что она не является аномалией и, вероятно, представляет собой типичный тип галактик в ранней Вселенной. Существует вероятность, что и другие галактики с однородной структурой могут обладать схожими субструктурами, которые ранее не были обнаружены из-за технических возможностей телескопов. Для проверки этой гипотезы необходимы дополнительные исследования.