Открытие первобытной галактики 13,3 миллиарда лет назад, самой удаленной из когда-либо наблюдавшихся
После Большого взрыва постепенно появились первые галактики. Вследствие расширения Вселенной эти галактики удаляются от нас. Международная группа астрономов обнаружила признаки вращения в галактике, возникшей через 500 миллионов лет после Большого взрыва, самой отдаленной из когда-либо наблюдавшихся галактик - с помощью Атакамского большого миллиметрового/субмиллиметрового массива (ALMA). Открытие позволяет предположить, что галактика только начинает вращаться, что поможет ученым лучше понять процесс формирования и эволюции галактик в ранней Вселенной.
Расширение Вселенной после Большого взрыва привело к удалению галактик друг от друга, что вызвало красное смещение их излучения (переход к более длинным волнам). Изучая эти смещения, можно охарактеризовать "движение" внутри галактик, а также их расстояние.
Поскольку телескопы становятся все более мощными, астрономы смогли обнаружить более удаленные галактики. Главным событием, безусловно, является запуск в эксплуатацию самого большого и мощного в мире космического телескопа "Джеймс Уэбб". Он смог получить самое глубокое изображение Вселенной из когда-либо полученных, обнаружив галактики, возраст которых превышает 13 миллиардов лет - Большой взрыв произошел около 13,8 миллиарда лет назад.
В новом исследовании астрономы из Университета Васэда с помощью телескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) на Земле обнаружили вероятное вращательное движение далекой галактики, датируемое 13,3 миллиарда лет назад, или 500 миллионов лет после Большого взрыва. Их работа опубликована в журнале .
Расположенный на плато Чахнантор в чилийских Андах, ALMA - это самый современный телескоп, предназначенный для изучения излучения от самых холодных объектов во Вселенной. Он состоит из 66 высокоточных антенн, расположенных на расстоянии нескольких километров (до 16 км). Наблюдаемое излучение называется "миллиметровым/субмиллиметровым", поскольку его длина волны составляет порядка миллиметра или меньше, между инфракрасным излучением и радиоволнами.
На этих длинах волн излучение исходит от гигантских холодных межпланетных облаков с температурой на несколько десятков градусов выше абсолютного нуля, а также от самых первых галактик. Астрономы измеряют это излучение для изучения химических и физических условий в молекулярных облаках - плотных областях газа и пыли, где рождаются звезды. Эти области темные и непрозрачные для видимого света, но прозрачные в миллиметровой и субмиллиметровой частях электромагнитного спектра.
Поэтому ALMA особенно хорошо подходит для наблюдения красных смещений в излучении галактик. Недавно международная группа исследователей наблюдала выбросы красного смещения далекой галактики MACS1149-JD1. В состав команды вошли профессор Акио Иноуэ и аспирант Цуёси Токуока из Университета Васэда (Япония), доктор Такуя Хашимото из Университета Цукуба (Япония), профессор Ричард С. Эллис из Университетского колледжа Лондона и доктор Николя Лапорте, исследователь из Кембриджского университета (Великобритания).
Эллис сказал в своем заявлении: "Помимо поиска галактик с высоким красным смещением, то есть очень далеких, изучение их внутреннего газа и движения звезд дает возможность понять процесс образования галактик в самой ранней Вселенной".
Проведя серию наблюдений в течение двух месяцев с октября 2018 года по декабрь 2018 года, в общей сложности почти 10 часов наблюдений, астрономы успешно измерили небольшие различия в "красном смещении" от одной позиции к другой внутри самой галактики. Другими словами, галактика вращается.
Затем они смоделировали галактику как вращающийся диск, воспроизведя результаты наблюдений. Расчетная скорость вращения составила около 50 километров в секунду (скорость вращения диска Млечного Пути составляет 220 километров в секунду). Команда также измерила диаметр MACS1149-JD1, который составляет всего 3000 световых лет. Поэтому она намного меньше Млечного Пути, диаметр которого составляет 100 000 световых лет. Таким образом, эта галактика находится только в начале своего вращения.
По мнению авторов, происхождение вращения галактик лежит в процессе их формирования. Поэтому необходимо найти первые галактики, чтобы восстановить историю Вселенной.
Важно знать, что формирование галактик начинается с накопления газа и продолжается образованием звезд из этого газа. Со временем звездообразование идет от центра наружу, развивается галактический диск, и галактика приобретает определенную конфигурацию. По мере звездообразования новые звезды образуются во вращающемся диске, а старые остаются в центральной части. Изучая возраст и движение звезд и газа в галактике, можно определить, на какой стадии эволюции находится галактика.
Благодаря моделированию авторы смогли определить тип звезд, из которых состоит галактика. Масса, оцененная по скорости вращения галактики, соответствует звездной массе по спектральной характеристике галактики. По мнению авторов, она исходит в основном от многих зрелых звезд, возраст которых составляет около 300 миллионов лет, и, следовательно, сформировалась более 13,5 миллиардов лет назад. Доктор Такуя Хашимото, соавтор исследования, отмечает: "Это показывает, что звездное население JD1 сформировалось в еще более ранний период космической эры".
Авторы заключают: "Скорость вращения [этой галактики] намного ниже, чем у галактик более поздних эпох и нашей галактики, и вполне вероятно, что она находится на ранних стадиях развития вращательного движения".
Благодаря космическому телескопу "Джеймс Уэбб", дающему нам представление о его необычайных возможностях, астрономы планируют проверить и в конечном итоге обновить модели формирования галактик.