Недавние наблюдения, сделанные с помощью космического телескопа Джеймса Вебба (JWST), показали, что первые галактики во Вселенной были далеки от аккуратных структур, которые мы видим сегодня. Вместо этого эти ранние галактики представляли собой турбулентные, хаотичные скопления газа, переживающие периоды интенсивного звездообразования и подверженные влиянию быстро растущих сверхмассивных чёрных дыр. Это рисует яркую картину «неупорядоченной эпохи» в космической истории.
Наблюдение галактик в эпоху космического рассвета
Команда астрономов во главе с Лолой Данхейв из Кембриджского университета использовала инструмент NIRCam телескопа JWST для изучения 272 небольших галактик, датируемых 800 миллионов до 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Свет от этих далеких галактик потребовалось миллиарды лет, чтобы достичь нас, предоставляя уникальное окно в ранние этапы существования Вселенной – период, известный как Космический рассвет (от 50 миллионов до 1 миллиарда лет после Большого взрыва), предшествовавший Космическому полдню (от 2 до 3 миллиардов лет после Большого взрыва), когда звездообразование достигло своего пика.
Турбулентная природа ранних галактик
Наблюдения показали, что, в отличие от гладко вращающихся дисков газа и звёзд, распространённых в близких галактиках, движение газа в этих ранних галактиках было турбулентным. Вместо того чтобы вращаться вокруг своих центров в упорядоченных потоках, газ текла в нескольких направлениях, создавая хаотичные вихри, ударные волны и неравномерные скопления материи. Команда описала эти ранние галактики как находящиеся «на заре дисков», переживающие множество фаз нестабильности, прежде чем устроиться в упорядоченных структурах, которые мы наблюдаем сегодня.
Факторы, способствующие хаосу
Несколько факторов способствовали этому турбулентному состоянию:
- Интенсивное звездообразование: Новорожденные звёзды, как и новорожденные люди, могут быть непредсказуемы. Эти молодые звёзды испускали мощные звёздные ветры и выбросы высокоэнергетического излучения, разрушая окружающие газовые облака, в которых они формировались.
- Более плотный межгалактический газ: Поскольку Вселенная расширяется с момента Большого взрыва, она была более маленьким и более плотным местом непосредственно перед Космическим полднем. Это означало, что больше межгалактического газа устремлялось в ранние галактики, ещё больше подпитывая турбулентность.
- Сверхмассивные чёрные дыры: Сверхмассивные чёрные дыры в центрах этих галактик активно поглощали газ, выбрасывая материю и излучение, что способствовало хаотичной среде.
- Меньший размер: По сравнению с галактиками в современной Вселенной, эти ранние галактики были относительно небольшими (от 100 миллионов до 10 миллиардов раз больше массы нашего Солнца), что означало, что события, такие как всплески звездообразования и активность чёрных дыр, оказывали непропорционально большее влияние на их стабильность.
Исключения и будущие исследования
Хотя большинство галактик в исследовании демонстрировали турбулентное поведение, некоторые из них показали признаки более ранней стабильности, и как правило, были больше и, возможно, более устойчивы. Эти наблюдения в значительной степени подтверждают прогнозы существующих моделей эволюции галактик, укрепляя связь между наблюдениями и теорией.
Данхейв и ее коллеги планируют объединить свои наблюдения ионизированного водорода с предстоящими наблюдениями холодного газа и пыли, что позволит получить более полное представление о структуре и эволюции этих ранних галактик. «С помощью большего количества данных мы сможем отследить, как эти турбулентные системы росли и превращались в изящные спирали, которые мы видим сегодня», — объясняет Сандро Такчелла, соавтор исследования. Новые данные раскроют больше информации о структуре и эволюционных путях этих древних, формирующих галактик.
Данное исследование предоставляет ценную информацию о динамичных и часто хаотичных условиях, которые характеризовали раннюю Вселенную, и подчеркивает решающую роль, которую играет телескоп JWST в разгадке тайн космической эволюции.
