Просматривая усеянные звездными скоплениями участки космоса на изображениях телескопа им. Джеймса Вебба, международная группа ученых в рамках совместного проекта Cosmic Evolution Early Release Science Survey (CEERS) обнаружила, что самые древние галактики более развиты и гораздо многочисленнее, чем астрономы считали до сих пор. Кроме того, их формы и структуры – чрезвычайно разнообразны, что, безусловно, требует пересмотра моделей образования первых галактик во Вселенной.
Результаты исследования были представлены на 241-м собрании Американского астрономического общества (AAS) в Сиэтле, штат Вашингтон.
«Молодые», но очень развитые
Джейган Карталтепе, член международной команды ученых проекта CEERS из Рочестерского технологического института (RIT), во время своей речи на собрании рассказала об изображении галактик «Джеймса Уэбба», когда Вселенной было всего лишь от 500 миллионов до 2 миллиардов лет.
Предыдущие исследования, проведенные с помощью космического телескопа «Хаббл», позволяли взглянуть назад во времени на раннюю Вселенную и увидеть неорганизованные галактические диски, которые сегодня достаточно упорядочены. Частично это объяснялось их хаотическими слияниями, в результате которых и возникали первые галактики. С этими данными, однако, было почти невозможно классифицировать самые отдаленные из них, поскольку они походили на невыразительные пятна. Вот тут-то на помощь и пришел телескоп им. Джеймса Уэбба!
Способность «Уэбба» охватить более широкий диапазон длин волн позволяет заглянуть гораздо дальше в прошлое. Его чувствительность также в разы выше, соответственно, изображения – более четкие. Используя эти преимущества телескопа, команде CEERS удалось обнаружить 850 ранних галактик, измерить расстояние до каждой из них, а также распределить их на классы по форме на «дискообразные», «сфероидальные» и «неправильные (иррегулярные)». Однако одну галактику не следует относить только к определенной группе.
«Галактики – чрезвычайно сложны, и они не всегда попадают только под одну категорию, – комментирует Карталтепе. – Некоторые из них, например, имеют как диск, так и отчетливо выраженную центральную выпуклость (балдж), подобно Млечному Пути».
Несмотря на свой молодой возраст, самые древние галактики уже имели формы, похожие на те, которые ученые наблюдают сегодня. Доля галактик в форме диска в ранней Вселенной была меньше, тогда как с центральной выпуклостью и неправильной формой – оставалась почти неизменной в течение длительного времени.
Поскольку диски, как известно, формируются при относительно спокойных условиях, при которых звезды объединяются в звездные скопления, а не разбрасываются вокруг, их количество и распространенность в ранней Вселенной стали для ученых настоящей неожиданностью.
«Мы не удивлены увидеть галактики дискообразной формы на ранних этапах развития Вселенной, – объясняет Карталтепе. – Большое удивление вызывает то, почему их так много. На самом деле, мы все еще не знаем, как именно они сформировались».
Вместе с тем, добавляет исследовательница, формы ранних дисков отличаются от тех, которые астрономы наблюдают сегодня. Они намного разнообразнее и достаточно хаотичны, поэтому их и сложнее изучать.
В будущем, говорят ученые, такие исследования, скорее всего, будут проводить компьютеры. Студентка Карталтепе, Кейтлин Роуз (также с RIT) уже работает над сверточными нейронными сетями и другими вычислительными методами, направленными на автоматическое распознавание и классификацию объектов. Однако в этой сфере все еще доминируют люди.
Слишком яркие галактики
Другой ученый Хаоцзин Янь (Университет Миссури), выступая на той же пресс-конференции, рассказал о 87 еще более ранних галактик периода между 200 и 400 миллионами лет после Большого взрыва, что соответствует красному смещению около 20. Ученый заметил их за скоплением галактик SMACS 0723, гравитация которого усиливала и искажала исходящий от них свет.
Однако для подтверждения их возраста необходимо провести наблюдения с помощью спектроскопии. Возможно, некоторые из отдаленных галактик лишь маскируются под такие, находясь относительно близко. Даже если это так, уверен ученый, число первых все равно будет большим, учитывая предыдущие успешные спектроскопические исследования.
«Мы должны пересмотреть известные нам модели формирования галактик в ранней Вселенной», – говорит Янь.
Одним из теоретиков, занимающихся решением этой проблемы, является Джордан Мироча (Лаборатория реактивного движения), выступавший позже в тот же день: «Или отдаленных галактик слишком много, или они гораздо ярче, чем предполагают общеизвестные модели». На это влияет множество взаимосвязанных факторов.
Первые галактики формировались в расширяющемся гало темной материи, и под влиянием ее частиц накапливался водород. Этот поток вещества, как предполагает Мироча, привел к замедлению процессов звездообразования, что можно наблюдать в галактиках сегодня. Однако даже если интенсивное формирование звезд могло бы стать причиной чрезвычайной яркости молодых галактик, оно также породило бы много пыли, которая, в свою очередь, должна была бы их затемнить.
По мнению ученого, комплексный анализ всех этих факторов ускорит понимание того, как сформировались первые галактики. «Есть очень много всего, о чем стоит задуматься».