Телескоп «Джеймс Уэбб» обнаружил необычную структуру галактики, существовавшей через 400 миллионов лет после Большого взрыва
Астрономы с помощью космического телескопа «Джеймс Уэбб» смогли рассмотреть отдельные области звездообразования в галактике Misty Moons, существовавшей примерно через 370–410 миллионов лет после Большого взрыва. Исследование показало, что более 80% звёздной массы этой молодой галактики сосредоточено в нескольких компактных скоплениях. Такое распределение существенно отличается от структуры многих современных небольших галактик и помогает понять, как происходило формирование первых звёздных систем во Вселенной.
Открытие сделала международная группа исследователей под руководством Минами Наканэ из Токийского университета в рамках наблюдательной программы VENUS. Галактика Misty Moons находится за массивным скоплением галактик MACS J0257.1-2325, гравитация которого искривляет и усиливает свет более далёких объектов. Благодаря этому естественному эффекту увеличения астрономы смогли различить детали, которые при обычных наблюдениях оставались бы недоступными даже для телескопа «Джеймс Уэбб».
Исследователи изучили изображения, полученные камерой NIRCam в десяти инфракрасных диапазонах, а также архивные наблюдения телескопа «Хаббл». Анализ показал, что свет галактики имеет предполагаемое красное смещение около 11–12, соответствующее одной из ранних эпох существования Вселенной. Пока расстояние определено фотометрическим методом, по особенностям излучения в разных диапазонах, и требует дальнейшего спектроскопического подтверждения.
Гравитационная линза создаёт несколько видимых изображений одной и той же галактики. Две независимые модели распределения массы скопления предсказывают пять таких изображений Misty Moons, два из которых удалось уверенно обнаружить. Они получили обозначения ID1 и ID2. Гравитационное увеличение сделало их примерно в 20–30 раз ярче, позволив исследователям рассмотреть внутреннюю структуру далёкой галактики.
При обработке снимков астрономы обнаружили четыре ярких образования на изображении ID1 и три — на ID2. Сопоставление результатов показало, что оба изображения относятся к одному объекту и демонстрируют его структуру с разных направлений. После учёта гравитационных искажений учёные оценили размеры отдельных областей звездообразования: их эффективные радиусы составляют примерно 10–70 парсеков, или от 33 до 228 световых лет.
Масса звёзд в каждом таком образовании оценивается примерно в 10 миллионов масс Солнца. Возраст звёзд, согласно моделированию, составляет несколько десятков миллионов лет, а количество космической пыли сравнительно невелико. По своим характеристикам эти структуры напоминают молодые массивные звёздные скопления и могут быть ранними предшественниками некоторых современных шаровых скоплений.
Особенно необычным оказалось распределение звёзд внутри Misty Moons. Компактные образования содержат не менее 80% всей звёздной массы галактики, что указывает на чрезвычайно концентрированный характер звездообразования. Расчётная поверхностная плотность образования звёзд в отдельных областях может превышать показатели современных карликовых галактик в сотни и тысячи раз. Это согласуется с предположением, что в ранней Вселенной небольшие галактики нередко переживали короткие, но интенсивные вспышки звездообразования.
Авторы также рассмотрели возможность присутствия активной сверхмассивной чёрной дыры. Некоторые центральные области Misty Moons настолько компактны и ярки, что часть излучения потенциально может возникать не только за счёт молодых звёзд, но и при поглощении вещества чёрной дырой. Однако существующие наблюдения пока не позволяют подтвердить такое объяснение.
Для уточнения природы звёздных скоплений астрономы предлагают провести дополнительные исследования с помощью спектрографа NIRSpec и прибора MIRI телескопа «Джеймс Уэбб». Они позволят изучить движение газа, химический состав и возраст звёздных популяций. Эти данные помогут выяснить, образовались ли яркие области внутри одной галактики или их появление связано со слиянием нескольких небольших звёздных систем.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal.