Гигантские галактики, которые мы видим сегодня во Вселенной, включая нашу собственную галактику Млечный Путь, в молодости были гораздо меньше. Слияния, происходившие на протяжении 13,7 миллиарда лет существования Вселенной, постепенно составили сегодняшние массивные галактики. Но, возможно, они начинались как простые звёздные скопления.
Пытаясь понять самые ранние галактики, «Уэбб» изучил их древний свет в поисках подсказок на тему того, как они стали такими массивными.
С помощью «Уэбба» можно заглянуть в прошлое, когда возраст Вселенной составлял всего около 5 % от её нынешнего состояния. В том далёком прошлом структуры, которые со временем стали такими же массивными, как Млечный Путь, и даже больше, были всего лишь на 1/10 000 части массивнее, чем сейчас. Какие подсказки может обнаружить мощный инфракрасный космический телескоп, чтобы показать нам, как галактики стали такими большими?
В новой статье представлены наблюдения «Уэбба» за галактикой с красным смещением z~8,3. При таком красном смещении свет путешествует уже более 13 миллиардов лет и начал свой путь всего через 600 миллионов лет после Большого взрыва. Галактика, получившая название «Искорка светлячка», содержит сеть массивных звёздных скоплений, которые являются свидетельством того, как растут галактики.
Работа называется «Искорка светлячка: Самые ранние этапы формирования галактики типа Млечного Пути во Вселенной возрастом 600 млн лет«. Ведущий автор — Ламия Моула, астроном-наблюдатель и доцент кафедры физики и астрономии в колледже Уэлсли. Работа находится в стадии препринта и ещё не прошла рецензирование.
Несмотря на все возможности «Уэбба», эта далёкая древняя галактика видна только благодаря гравитационному линзированию массивного скопления галактик, расположенных на переднем плане. Благодаря линзированию «Искорка светлячка» выглядит как дуга. Поблизости также находятся две другие галактики, названные Firefly BF (Лучший друг) и Firefly NBF (Новый лучший друг).
««Искорка светлячка» демонстрирует признаки, ожидаемые от галактики, которая должна превратиться во что-то вроде Млечного Пути, запечатлённые на самой ранней и наиболее богатой газом стадии формирования», — пишут авторы. Масса молодой галактики сосредоточена в 10 скоплениях, которые варьируются от примерно 200 000 масс Солнца до 630 000 масс Солнца. По словам авторов, эти скопления «находятся на границе между галактиками с низкой массой и шаровыми скоплениями с высокой массой».
Эти скопления очень важны, поскольку они дают представление о том, как растёт галактика. Исследователи смогли определить возраст скоплений и историю их звёздообразования. Они обнаружили, что примерно в одно и то же время в них произошёл всплеск звёздообразования. «Возраст скоплений говорит о том, что они гравитационно связаны, а история звёздообразования свидетельствует о недавнем всплеске звёздообразования, возможно, вызванном взаимодействием с галактикой-компаньоном с тем же красным смещением на прогнозируемом расстоянии ~2 кпк от «Искорки светлячка»».
На взаимодействующую галактику есть два кандидата: «Лучший друг Светлячка» (BF) и «Новый лучший друг Светлячка» (NBF). Но NBF находится на расстоянии около 13 кпк, а BF — около двух кпк, что делает BF наиболее вероятным участником взаимодействия. «В углах дуги вблизи соседа видны слабые особенности с низкой поверхностной яркостью, намекающие на возможное взаимодействие между двумя галактиками
Особое внимание исследователи уделили центральному скоплению. Они обнаружили, что температура в нём чрезвычайно высока — около 40 000 Кельвинов, а функция начальной массы говорит о том, что оно образовалось в очень бедной металлами среде. Эти наблюдения и другие свидетельства показывают, что «Искорка светлячка» с большой вероятностью является прародителем галактик, подобных нашей. По этим причинам «…«Искорка светлячка» представляет собой беспрецедентное исследование галактики, похожей на Млечный Путь, на самых ранних стадиях её сборки во Вселенной возрастом всего 600 миллионов лет», — пишут авторы.
К счастью, у исследователей, получивших эти результаты, есть мощная суперкомпьютерная симуляция, с которой можно сравнить наблюдения. Она называется Illustris TNG. Это массивная космологическая магнитогидродинамическая симуляция, основанная на комплексной физической модели Вселенной. Illustris TNG был запущен в три этапа, которые называются TNG50, TNG 100 и TNG 300. Исследователи сравнили свои результаты с TNG 50.
Находка этих древних звёздных скоплений интригует, но мы не можем быть уверенными в том, что они сохранятся в целости и сохранности. Здесь действуют приливные и испарительные силы. Авторы изучили устойчивость отдельных звёздных скоплений и то, как они поведут себя со временем.
«Ожидается, что большинство этих звёздных скоплений доживёт до наших дней, расширится, а затем разорвётся на части, образуя звёздный диск и гало галактики», — объясняют авторы. «Единственный способ выжить для них — быть отброшенными на большие расстояния, подальше от плотного приливного поля галактики». Те, кого вышвырнуло, могут сохраниться в виде шаровых скоплений.
Одна из главных научных целей «Уэбба» — изучить, как формировались и эволюционировали галактики в ранней Вселенной. Обнаружив одну из них, в которой скопления всё ещё формируются, космический телескоп достигает своей цели.
««Искорка светлячка» представляет собой одно из первых спектрофотометрических наблюдений «Уэббом» чрезвычайно линзированной галактики, проходящей этап сборки на высоких красных смещениях, со скоплениями, которые находятся в процессе формирования, в отличие от галактик более поздних эпох», — заключают авторы.
