У нашому Всесвіті віком 13,8 мільярда років більшість галактик, подібних до Чумацького шляху, формуються поступово, досягаючи своєї великої маси відносно пізно.
Але нове відкриття, зроблене за допомогою телескопів ALMA - масивної обертової дискової галактики, утвореної, коли Всесвіт був дуже молодий, кидає виклик традиційним моделям формування галактик. Дослідження з'явилося 20 травня 2020 року в журналі Nature.
Галактика DLA0817g, названа диском Вульфа на честь покійного астронома Артура М. Вулфа, є найбільш віддаленою обертовою дисковою галактикою з тих, що коли-небудь спостерігалися. Незрівнянна міць Альми дозволила побачити, як ця галактика обертається зі швидкістю 272 кілометри на секунду, подібно до нашого Чумацького Шляху.
«Тоді як попередні дослідження натякали на існування цих ранніх, обертових газом дискових галактик, завдяки ALMA ми тепер маємо однозначні докази того, що вони з'явилися вже через 1,5 мільярда років після Великого вибуху», - сказав провідний автор дослідження Марсель Нілеман з Інституту астрономії Макса Планка в Гейдельберзі, Німеччина.
Як утворився диск Вульфа?
Відкриття диска Вульфа являє собою виклик для багатьох моделей формування галактик, які пророкують, що масивні галактики в цей момент еволюції всесвіту росли через безліч злиттів більш дрібних галактик і гарячих згустків газу.
«Більшість галактик, які ми знаходимо на початку всесвіту, виглядають хаотично, тому що вони піддавалися послідовному і часто» насильницькому «злиттю», - пояснив Марсель Нілеман. - Ці гарячі злиття ускладнюють формування добре впорядкованих, холодних обертових дисків, які ми спостерігаємо в нашому нинішньому Всесвіті.
У більшості сценаріїв формування галактик добре сформований диск з'являється приблизно через 6 мільярдів років після Великого Вибуху. Той факт, що астрономи виявили таку дискову галактику, коли Всесвіту було тільки 1,5 мільярда років, вказує на те, що у нього повинні були домінувати інші процеси зростання.
«Ми думаємо, що диск Вульфа утворився в основному за рахунок постійного накопичення холодного газу», - кажуть дослідники. - І все ж одне з питань, що залишаються, полягає в тому, як зібрати таку велику газову масу, зберігаючи при цьому відносно стабільний обертовий диск.
Зореутворення
Вчені також використовували дуже великий масив телескопів Карла Дж. Янського (VLA) і космічний телескоп Хаббла НАСА/ЄКА, щоб більше дізнатися про зіроутворення в диску Вульфа.
У радіохвилях ALMA дивився на рухи галактики і масу атомного газу і пилу, тоді як VLA вимірював кількість молекулярної маси - палива для зіроутворення. В ультрафіолетовому світлі Хаббл спостерігав масивні зірки.
«Швидкість зореутворення в диску Вульфа, принаймні, вдесятеро вища, ніж у нашій власній галактиці», - пояснили астрономи. «Мабуть, це одна з найбільш продуктивних дискових галактик в ранньому Всесвіті».
Диск Вульфа був вперше виявлений ALMA в 2017 році. Астрономи виявили галактику, коли досліджували світло від більш віддаленого квазара. Світло від квазара було поглинуте, коли він проходив через величезний резервуар газоподібного водню, що оточує галактику - так вона себе проявила.
Замість того, щоб шукати пряме світло від надзвичайно яскравих галактик, астрономи використовували цей метод «поглинання», щоб знайти більш слабкі і більш «нормальні» галактики в ранньому Всесвіті.
«Той факт, що ми знайшли диск Вульфа з використанням цього методу, говорить нам про те, що вона належить до нормальної популяції галактик, присутніх в ранні часи», - сказав Марсель Нілеман.
«Коли наші новітні спостереження з ALMA несподівано показали, що диск обертається, ми зрозуміли, що ранні обертові дискові галактики не такі рідкісні, як ми думали, і що їх має бути набагато більше».
«Це спостереження є втіленням того, як наше розуміння всесвіту поліпшується завдяки підвищеній чутливості, яку ALMA привносить в радіоастрономію», - сказав Джо Песче, директор астрономічної програми Національного наукового фонду, який фінансує телескоп. «ALMA дозволяє нам робити нові несподівані відкриття практично при кожному спостереженні».