Ученые обнаружили скрытые структуры в первых галактиках Вселенной

Международная команда астрономов смогла заглянуть в первый миллиард лет существования космоса благодаря массиву радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array). Исследование раскрыло уникальные детали о том, как формировались и развивались галактики на заре Вселенной.

Программа CRISTAL, один из самых масштабных проектов чилийской обсерватории, позволила составить карты холодного газа, космической пыли и вспышек звездообразования в 39 древних галактиках. Эти данные дают ключевые подсказки о процессах, которые привели к появлению таких структур, как наш Млечный Путь.

Главное отличие CRISTAL от предыдущих исследований — беспрецедентная детализация внутреннего строения галактик, настолько далеких, что их свет шел к нам более 13 миллиардов лет. «ALMA позволяет увидеть эти галактики не просто как точки света, а как сложные системы с холодным газом, областями звездообразования и внутренними движениями, которые объясняют их эволюцию», — пояснил Родриго Эррера-Камус, ведущий автор исследования и директор центра Millennium Nucleus for Galaxy Formation (MINGAL) в Чили.

Ключевую роль в работе сыграло изучение излучения [CII] — свечения ионизированных атомов углерода в холодном межзвездном газе. Объединив эти данные с инфракрасными наблюдениями космических телескопов James Webb (JWST) и Hubble, ученые смогли воссоздать детальную карту межзвездной среды в каждой галактике. Среди самых важных открытий — обнаружение вспышек звездообразования в массивных скоплениях, некоторые из которых простираются на тысячи световых лет. Это указывает на то, что звезды в молодых галактиках формировались не равномерно, а в плотных и турбулентных областях.

Кроме того, часть галактик продемонстрировала признаки вращения, что говорит о раннем образовании дискообразных структур. Со временем они могли эволюционировать в спиральные галактики, подобные тем, что доминируют во Вселенной сегодня. «Мы видим основы того, что в будущем станет зрелыми галактиками», — отметила Лорето Баркос-Муньос, астроном Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) и соавтор исследования.

Необычные случаи: космическая пыль и загадочное излучение

Две галактики особенно привлекли внимание ученых. Первая, CRISTAL-13, содержит огромные облака космической пыли, поглощающие видимый свет от новорожденных звезд и делающие их невидимыми на оптических длинах волн. Однако ALMA, работающий в миллиметровом диапазоне, смог «заглянуть» сквозь эту завесу, обнаружив структуры, которые иначе остались бы скрытыми.

Вторая галактика, CRISTAL-10, показала еще более загадочное поведение: ее излучение ионизированного углерода оказалось аномально слабым по сравнению с инфракрасной яркостью. Подобный феномен ранее наблюдался лишь у крайне запыленных галактик, таких как Arp 220, расположенная в ближней Вселенной. «Это несоответствие может указывать на экстремальные физические условия в межзвездной среде или даже на наличие неизвестного источника энергии, например, активной черной дыры», — пояснил Эррера-Камус.

По словам Серхио Мартина, руководителя научных операций ALMA, проекты вроде CRISTAL демонстрируют потенциал обсерватории как настоящей «машины времени», способной исследовать эпохи, недоступные другим телескопам. «Мы наблюдаем галактики в младенчестве, во Вселенной, возраст которой составлял лишь около 7% от нынешнего», — подчеркнул он.

Исследование не только дает «моментальный снимок» древних галактик, но и закладывает основу для понимания их дальнейшей эволюции. Обнаружение холодного газа за пределами видимых звезд говорит о существовании резервуаров, которые могут питать новые поколения звезд или, наоборот, выбрасываться галактическими ветрами — ключевой процесс, объясняющий, почему некоторые галактики прекращают формировать звезды.

CRISTAL открывает путь для будущих исследований, направленных на то, чтобы понять, как хаотичные, бурные галактики ранней Вселенной превратились в упорядоченные системы, которые мы видим сегодня. «Этот обзор дает нам мультидиапазонные данные для проверки теорий эволюции галактик, — сказал Эррера-Камус. — Это важный шаг к ответу на один из главных вопросов астрономии: как появилась галактика, подобная нашей».