Учёные Южной европейской обсерватории (ESO) с помощью радиотелескопа ALMA сделали удивительное открытие, которое бросает вызов нашему пониманию эволюции галактик. Всего в 700 млн лет от Большого взрыва они обнаружили галактику, своей структурой напоминающей наш Млечный Путь. Это самая далёкая спиральная галактика с вращающимся диском за всю историю наблюдений. Её там просто не должно было быть.

Источник изображения: ESO

Современная теория эволюции звёзд и галактик полагает, что из хаоса слияний этих объектов чёткая и упорядоченная структура с вращающимся диском получится лишь после нескольких миллиардов лет эволюции. Посмотрите на Млечный Путь! Этой галактике потребовалось 13,8 млрд лет, чтобы достичь гармонии в геометрии и движении. Благодаря телескопу «Джеймс Уэбб» открытия стали нарушать гармонию теорий. Например, год назад стало известно о «близняшке» Млечного Пути, обнаруженной через 2 млрд лет после Большого Взрыва. Новое открытие вскрыло ещё более вопиющую странность. Сформированная зрелая галактика с вращающимся диском обнаружена ещё на 1,3 млрд лет раньше.

Странная галактика получила название REBELS-25. Строго говоря, она обнаружена в данных ALMA (Атакамская большая антенная решётка миллиметрового диапазона) не сегодня. Но с момента обнаружения REBELS-25 учёные собрали достаточно доказательств, чтобы убедиться в своей правоте: REBELS-25 — это то, чем она кажется. Дополнительные исследования собрали доказательства, что эта галактика представляет собой самый удалённый вращающийся диск и развитую структуру с перемычкой из звёзд в центре и спиралевидными рукавами. Эта колоссальная структура не могла и не должна была стать такой, как мы её видим ко времени её наблюдения.

«Наблюдение галактики, имеющей такое сходство с нашим собственным Млечным Путём, в которой преобладает вращение, бросает вызов нашему пониманию того, как быстро галактики ранней Вселенной эволюционируют в упорядоченные галактики современного космоса», — сказала Люси Роуленд (Lucie Rowland), докторант Лейденского университета и первый автор исследования.

Космический телескоп NASA «Джеймс Уэбб» в очередной раз удивил учёных. Он сделал открытие в области молодых звёзд WL 20S в Млечном Пути, изучаемой с 1970-х годов. Несмотря на то, что этот регион наблюдался на протяжении десятилетий с помощью пяти других телескопов, потребовались возможности «Джеймса Уэбба», чтобы разглядеть двойную звезду, которую учёные всё это время считали одной звездой.

Концептуальное изображение звёзд-близнецов / Источник изображений: NASA

Поразительное открытие, сделанное с помощью камеры среднего инфракрасного диапазона (Mid-Infrared Instrument, MIRI) «Джеймса Уэбба», было представлено на 244-м заседании Американского астрономического общества в начале этой недели. Было установлено, что звёзды-близнецы в области WL 20S имеют одинаковые газовые шлейфы, простирающиеся в космос с их северного и южного полюсов. Астрономы полагают, что возраст «новооткрытых» звёзд составляет от 2 до 4 миллионов лет.

«У нас отвисли челюсти, — эмоционально прокомментировала открытие астроном Мэри Барсони (Mary Barsony). — После десятилетий изучения этого источника мы были уверены, что знаем его достаточно хорошо. Но без MIRI мы бы так и не узнали, что это две звезды [а не одна] или что эти газовые шлейфы существуют. Это действительно удивительно. Это как иметь совершенно новые глаза».

Группа звезд WL 20 по данным старого космического телескопа NASA «Спитцер»

Дополнительные наблюдения проводились с помощью Atacama Large Millimeter Array (ALMA) — комплекса радиотелескопов, расположенного в чилийской пустыне Атакама, который фиксирует электромагнитное излучение с миллиметровой и субмиллиметровой длиной волны. Было установлено, что обе звезды окружены пылевыми и газовыми дисками, что предполагает возможность формирования планет. Учёные считают, что звёзды-близнецы находятся на завершающем периоде «взросления».

Научный сотрудник проекта MIRI в NASA Майк Ресслер (Mike Ressler) отметил: «Если бы мы не увидели [с помощью MIRI], что это две звезды, результаты ALMA могли бы просто выглядеть как один диск с разрывом посередине. Вместо этого у нас есть новые данные о двух звёздах, которые явно находятся в критической точке своей жизни, когда процессы, сформировавшие их, иссякают».

Актуальные объединённые данные ALMA и MIRI

Ещё более значимым открытие делает тот факт, что область звёздообразования WL 20S в Млечном Пути скрыта за толстыми облаками газа и пыли, которые блокируют большую часть видимого света. Потребовалась способность «Джеймса Уэбба» «видеть» в инфракрасном диапазоне, чтобы за этими слоями газа и космической пыли обнаружить то, что было скрыто от глаз учёных и астрономов с 70-х годов.

Исследование, связанное с «очень особенной» галактикой, опубликовала команда исследователей под руководством астрофизика Марики Джульетти (Marika Giulietti) из итальянского учебно-исследовательского центра Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) в научном журнале The Astrophysical Journal. Учёные охарактеризовали её, как «таинственный и очень отдалённый объект», который «настолько тёмный, что почти невидимый, даже для очень высокотехнологичных инструментов».

«Невидимая галактика». Источник изображения: CNET/Марика Джульетти

По мнению учёных, «невидимая» галактика сформировалась через 2 млрд лет после Большого взрыва, по оценкам астрофизиков, произошедшего порядка 13,8 млрд лет назад и положившего начало нашей Вселенной. Для более подробного изучения галактики учёные использовали методику, известную как гравитационное линзирование — для её применения используются массивные космические объекты вроде галактических скоплений. Такие гигантские «линзы» позволяют увеличить и рассмотреть то, что скрывается за ними. Наблюдения осуществлялись с помощью большого наземного телескопа Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), расположенного в Чили.

Телескоп ALMA позволил подробно изучить ранее неизвестные свойства трудной для исследования галактики, богатой газом и пылью. Как сообщила Джульетти, «наши анализы показали, что объект очень компактен и предположительно включает чрезвычайно большое количество молодых и ещё формирующихся звёзд».

Галактика была чрезвычайно малозаметной по ряду причин. Она далеко расположена, очень компактна и от наблюдений её скрывает большое количество межзвёздной пыли. Именно поэтому для её изучения так пригодится космический телескоп «Джеймс Уэбб» с его инструментами для наблюдения инфракрасного излучения, заметного даже сквозь пылевые скопления. С помощью этого телескопа галактику ещё не изучали, но, по мнению учёных, он поможет узнать о ней намного больше в будущем.

В 2019 году ALMA помог выявить подробные характеристики ещё одной отдалённой «невидимой» галактики, которая на деле оказалась «массивным монстром». Изучение подобных космических объектов позволит учёным лучше понять процессы формирования галактик и их эволюцию.

Астрономы всё больше узнают об объектах, появившихся на ранних этапах после возникновения нашей Вселенной, а мощный телескоп «Джеймс Уэбб» позволит «пробиться» сквозь слой межзвёздной пыли для более подробного изучения подобных структур.