Если мы хотим понять, как эволюционирует Вселенная, то мы должны понять, как формируются и развиваются ее большие структуры. Вот почему астрономы изучают формирование галактик. Галактики - это огромные структуры из звезд, планет, газа, пыли и темной материи, и понимание того, как они формируются, имеет решающее значение для понимания самой Вселенной.
В 2017 году астрономы, работающие с ALMA (Atacama Large Millimeter / sub-millimeter Array), нашли древнюю галактику. Эта массивная вращающаяся дисковая галактика родилась в то время, когда нашей Вселенной было всего лишь около 1,5 миллиардов лет. Согласно наиболее общепринятому пониманию того, как формируются и развиваются галактики, она не должна существовать.
И тем не менее она существует.
Галактика DLA0817g, или галактика Вулфа, названная так в честь покойного астронома Артура М. Вулфа. Это наиболее древняя вращающаяся дисковая галактика из тех, что астрономы когда-либо видели. Всего через 1,5 миллиарда лет после Большого Взрыва галактика Вулфа выросла до 70 миллиардов солнечных масс, что примерно вдвое меньше массы Млечного Пути.
Существуют некоторые теоретические доказательства того, что этот тип галактик мог существовать в ранней Вселенной, но это первое прямое доказательство, которое можно наблюдать.
Новое исследование под названием "Холодная, массивная, вращающаяся дисковая галактика через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва" представляет эти наблюдения. Ведущий автор исследования - Марсель Нилеман из Института астрономии им. Макса Планка в Гейдельберге, Германия. Статья опубликована в журнале Nature.
Возраст Вселенной составляет около 13,8 миллиардов лет. Сначала это была просто горячая, невыразительная плазма электронов и протонов, однородная во всех направлениях. Задача космологов состоит в том, чтобы объяснить, как вся эта невыразительная масса объединяется в Галактики.
По большей части астрономы считали, что массивные галактики, такие как наш Млечный Путь, формировались в течение длительного периода времени, когда все остыло. Это объяснение иногда называют сценарием "горячего режима". Сценарий горячего режима объясняет большинство беспорядочных, хаотических галактик, которые астрономы находят в ранней Вселенной, образованной в результате слияний.
Другая теория - сценарий «аккреции в холодном режиме». Эта теория гласит, что холодный газ вводится во вновь образованную галактику в более короткие сроки, прежде чем Вселенная остынет. Большие моделирования, такие как Illustris TNG 50, показывают, что вращающиеся дисковые галактики, подобные галактике Вулфа, появились во Вселенной раньше, чем мы думали. TNG 50 показал, что эти виды галактик могут возникать из хаотических, турбулентных газовых облаков в более ранние эпохи.
Хотя это всегда считалось возможным, не было никаких доказательств этого. До настоящего времени.
Чтобы понять, что означает это открытие, давайте рассмотрим темную материю и ту роль, которую она играет.
Темная материя является основой структуры Вселенной. Она невидима для нас и составляет около 85% массы во Вселенной. Остальные 15% состоят из обычной материи, такой как галактики, звезды, планеты и мы сами.
В меньшем масштабе темная материя образует комковидные структуры, называемые ореолами. Обычная материя притягивается к темной материи гравитацией и принимает форму вокруг этих ореолов и образует галактики. Но галактики состоят из звезд, и для того, чтобы это произошло, Вселенная должна была достаточно остыть, чтобы образовались звезды. Под "остыть" мы подразумеваем всего лишь 10 градусов выше абсолютного нуля.
Дело в том, что большинство ранних галактик, которые мы видим, не являются вращающимися дисками. Они беспорядочны и неорганизованны, потому что они выросли за счет слияния с другими галактиками. "Большая часть галактик, найденных в ранней вселенной, выглядят как крушения поездов, потому что они подверглись последовательному и нередко ”насильственному" слиянию", - говорит Нилеман. "Эти горячие слияния затрудняют формирование хорошо упорядоченных, холодных вращающихся дисков, которые мы наблюдаем в нашей нынешней Вселенной”.
Это потому, что такие слияния создают всевозможные ударные волны, которые сжимают и нагревают газ, способствуя его неупорядоченности. И должны пройти миллиарды лет, прежде чем весь этот беспорядочный газ сможет остыть и принять упорядоченную, вращающуюся форму диска.
Но есть еще и галактика Вулфа. Это величественная, холодная, вращающаяся дисковая галактика.
Вот что, по мнению Нилмана и других исследователей, произошло.
За пределами ранней Галактики был охлажденный газ; он не был подвержен сжатию, ударным волнам и нагреву, которым подвергался газ внутри галактики. Этот холодный газ протекал вдоль нитей темной материи в формирующуюся галактику. Этот сценарий означает, что вращающиеся дисковые галактики мог ли образоваться гораздо раньше, чем сценарий “столкновение и охлаждение”.
Единственный способ показать, что сценарий с холодным газом был реальным и мог создать крутые вращающиеся дисковые галактики, как показано в симуляциях типа TNG 50, - это найти одну. И для этого нужно знать, где искать и когда.
Нилеман и другие исследователи использовали ALMA и нашли шесть галактик-кандидатов. Свет от этих галактик должен был пройти около 10 миллиардов лет, чтобы достичь нас. DLA0817g, или галактика Вулфа, была самой яркой. Она также показывала некоторые доплеровские сдвиги, которые показали, что это был вращающийся диск, большой и стабильный.
Их наблюдения показали, что его масса составляла около 70 миллиардов Солнц, и ему было около 1,5 миллиардов лет. Они нашли свою холодно-газовую галактику.
"Мы думаем, что диск Вулфа вырос в основном за счет устойчивого накопления холодного газа, - говорит соавтор Ксавье Прочаска. - И все же один из вопросов, который остается, заключается в том, как собрать такую большую газовую массу при сохранении относительно стабильного вращающегося диска”.
Есть причина, по которой галактика была названа именем Вулфа. Астроном Артур Вулф был научным руководителем трех авторов, и именно его работа помогла команде найти галактику.
Вулф провел долгое время, исследуя свет от далеких квазаров. Команда, стоящая за этой статьей, смогла найти галактику Вулфа, изучив свет от квазара, когда он проходил через промежуточную материю. Квазары необычайно светятся, испуская огромное количество света. В этом случае свет, проходящий через галактику Вулфа, позволил команде идентифицировать и охарактеризовать галактику как холодную, вращающуюся дисковую галактику.
Вероятно, есть еще много таких галактик Вулфа, но их трудно найти. Они должны быть расположены между нами и квазаром, чтобы быть найденными. И это счастливое совпадение обязательно будет более необычным, чем сами галактики Вулфа.
Единственным слабым местом в этом исследовании является размер выборки - одна галактика. Хотя результаты многообещающие и очень интересные, астрономам придется найти больше таких ранних, холодных, вращающихся дисковых галактик. Нельзя переписать астрономические модели на основе только одной точки данных. Является ли галактика Вулфа типовой? Или же нет?
Будущие исследования должны дать ответы на эти вопросы.
Читайте также: Эта карликовая галактика совсем одна
Ставь лайк! Подписывайся! Делись статьей с друзьями!
