Галактика, в которой мы живем, Млечный Путь, обладает вращающимся диском, который простирается на 100 000 световых лет и содержит миллиарды звезд и планет. Ученые подсчитали, что для достижения этого уровня галактического обхвата, который является признаком дисковых галактик, таких как Млечный Путь, нужно около шести миллиардов лет.
Это предположение было опровергнуто беспрецедентными наблюдениями за галактикой, которая превратилась в вращающийся диск всего через 1,5 миллиарда лет после рождения Вселенной, что поставило под сомнение наше понимание временной шкалы образования галактик, подобных нашей.
Этот древний и далекий объект, официально известный как DLA0817g, а неофициально как Диск Вульфа, проливает новый свет на открытый вопрос эволюции галактик.
Присутствие дисковой галактики в ранней Вселенной неожиданно, потому что, большинство галактик в ранней Вселенной выглядят бесформенно, они постоянно поглощают облака горячего газа, дестабилизирующие диск. Модели предполагают, что в течение нескольких миллиардов лет этот газ остывает, позволяя сформировать правильный вращающийся диск, подобный тому, в котором сейчас находится Земля.
Тем не менее, согласно новому исследованию, недавнее численное моделирование предполагает, что такие галактики могли образоваться уже через миллиард лет после Большого взрыва в результате аккреции холодного вещества и слияний.
Команда, которая впервые открыла диск Вульфа несколько лет назад с помощью покойного астрофизика Артура Вульфа, в честь которого была названа галактика.
Команда смогла обнаружить это редкое зрелище благодаря чрезвычайно яркой галактике, расположенной позади нее и подсвечивающей газ и пыль вокруг диска Вульфа.
Изучив этот далекий объект с помощью некоторых из самых мощных телескопов, когда-либо построенных: Атакамская большая миллиметровая / субмиллиметровая матрица (ALMA) в Чили, Очень большая матрица Карла Дж. Янского (VLA) в Нью-Мексико и космический телескоп Хаббла.
Результаты подтвердили, что объект действительно является дисковой галактикой, и ограничили некоторые из его ключевых свойств. Например, команда измерила скорость вращения диска примерно на уровне 272 км в секунду, аналогично Млечному Пути.
Однако, учитывая, что мы смотрим на эту галактику, какой она была около 11 миллиардов лет назад, понятно, что она намного меньше Млечного Пути.
Хотя Диск Вульфа, возможно, к настоящему времени превратился в гораздо большую галактику, наше представление о нем в ранней Вселенной все еще неожиданно велико и стабильно для той эпохи.
Его существование предполагает, что популярная модель образования галактик, которую в исследовании называют сценарием аккреции в горячем режиме, не дает ученым полной картины того, как галактики формируются и развиваются.
В этом сценарии с горячим режимом, газ и темная материя объединяются в гало, которые образуют центральный узел галактики, который затем гравитационно притягивает горячие сгустки газа, а те инициируют звездообразование.
В моделях этого процесса для формирования стабильных дисковых галактик обычно требуется несколько миллиардов лет, потому что падающий горячий газ имеет тенденцию ввергать галактические структуры в хаос.
Другая альтернатива, называемая аккрецией в холодном режиме и может помочь объяснить происхождение таких ранних галактик, как Диск Вульфа.
В этом сценарии стабильные диски могут формироваться быстрее за счет привлечения более холодных газовых скоплений и слияний, которые не нарушают развивающуюся структуру диска в такой степени, как их более горячие аналоги.
Исследователи написали, что по-прежнему существуют серьезные нерешенные вопросы по поводу сценария холодного режима, отметив, что большая скорость вращения диска Вульфа и большое содержание холодного газа по-прежнему сложно воспроизвести с помощью большинства численных моделей.