Переглядаючи усіяні зоряними скупченнями ділянки космосу на зображеннях телескопа ім. Джеймса Вебба, міжнародна група науковців у межах спільного проєкту Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) виявила, що найдавніші галактики є більш розвиненими та набагато численнішими, ніж астрономи вважали дотепер. Окрім того, їхні форми й структури – надзвичайно різноманітні, що, безумовно, вимагає перегляду моделей утворення перших галактик у Всесвіті.

Результати дослідження було представлено на 241-х зборах Американського астрономічного товариства (AAS) у Сіетлі, штат Вашингтон.

«Молоді», але дуже розвинені

Джейган Карталтепе, член міжнародної команди науковців проєкту CEERS із Рочестерського технологічного інституту (RIT), під час своєї промови на зборах розповіла про зображення галактик «Джеймса Вебба», коли Всесвіту було всього лиш від 500 мільйонів до 2 мільярдів років.

Попередні дослідження, проведені за допомогою космічного телескопа «Габбл», давали змогу поглянути назад у часі на ранній Всесвіт й побачити безладні галактичні диски, які сьогодні є досить упорядкованими. Частково це пояснювалося їхніми хаотичними злиттями, унаслідок яких і виникали перші галактики. Із цими даними, однак, було майже неможливо класифікувати найвіддаленіші з них, оскільки вони були схожими на невиразні плями. Ось тут на допомогу й прийшов телескоп ім. Джеймса Вебба!

Здатність «Вебба» охопити ширший діапазон довжин хвиль дає змогу зазирнути набагато далі в минуле. Його чутливість також у рази вища,  відповідно, зображення – чіткіші. Використовуючи ці переваги телескопа, команді CEERS вдалося виявити 850 ранніх галактик, виміряти відстань до кожної з них, а також розподілити їх на класи за формою на «дископодібні», «сфероїдальні» та «неправильні (іррегулярні)». Проте одну галактику не варто відносити лише до певної групи.

 «Галактики – надзвичайно складні, і вони не завжди потрапляють тільки під одну категорію, – коментує Карталтепе. – Деякі з них, наприклад, мають як диск, так і чітко виражену центральну випуклість (балдж), подібно до Чумацького Шляху».

Попри свій молодий вік, найдавніші галактики вже мали форми, схожі на ті, які науковці спостерігають сьогодні. Частка галактик у формі диска в ранньому Всесвіті була меншою, тоді як з центральною випуклістю та неправильною формою – залишалася майже незмінною протягом тривалого часу.

Оскільки диски, як відомо, формуються за відносно спокійних умов, за яких зірки об’єднуються в зоряні скупчення, а не розкидаються навколо, їхня кількість та розповсюдженість у ранньому Всесвіті стали для науковців справжньою несподіванкою.

«Ми не здивовані побачити галактики дископодібної форми на ранніх етапах розвитку Всесвіту, – пояснює Карталтепе. – Великий подив викликає те, чому їх так багато. Насправді ми все ще не знаємо, як саме вони сформувалися».

Водночас дослідниця додає, що форми ранніх дисків відрізняються від тих, які астрономи спостерігають сьогодні. Вони набагато різноманітніші та доволі хаотичні, тому їх і складніше вивчати.

У майбутньому, кажуть науковці, такі дослідження, ймовірніше, проводитимуть комп’ютери. Студентка Карталтепе, Кейтлін Роуз (також із RIT) уже працює над згортковими нейронними мережамита іншими обчислювальними методами, які мають на меті автоматично розпізнавати та класифікувати об’єкти. Однак наразі у цій сфері все ще домінують люди.

Занадто яскраві галактики

Інший науковець Хаоцзин Янь (Університет Міссурі), виступаючи на тій самій пресконференції, розповів про 87 ще більш ранніх галактик періоду між 200 та 400 мільйонами років після Великого вибуху, що відповідає червоному зміщенню близько 20. Учений помітив їх за скупченням галактик SMACS 0723, гравітація якого підсилювала та спотворювала світло, що від них надходило.

Однак для підтвердження їхнього віку необхідно провести спостереження за допомогою спектроскопії. Можливо, деякі з віддалених галактик лише маскуються під такі, знаходячись відносно близько. Навіть якщо це так, впевнений науковець, число перших все одно буде великим з огляду на попередні успішні спектроскопічні дослідження. 

«Ми маємо переглянути відомі нам моделі формування галактик у ранньому Всесвіті», – каже Янь.

Одним із теоретиків, що займаються вирішенням цієї проблеми, є Джордан Міроча (Лабораторія реактивного руху), який виступав пізніше того ж дня: «Або віддалених галактик занадто багато, або вони набагато яскравіші, ніж передбачають загальновідомі моделі». На це впливає безліч взаємопов’язаних факторів.

Перші галактики формувалися в гало темної матерії, яке розширялося, і під впливом її частинок накопичувався водень. Цей потік речовини, як припускає Міроча, призвів до уповільнення процесів зореутворення, що можна спостерігати в галактиках сьогодні. Проте навіть якщо інтенсивне формування зірок могло б стати причиною надзвичайної яскравості молодих галактик, воно також породило б багато пилу, який, зі свого боку, мав би їх затемнити.

На думку вченого, комплексний аналіз усіх цих факторів пришвидшить розуміння того, як сформувалися перші галактики. «Є дуже багато всього, над чим варто замислитися».

Джерело