Иллюстрация художника к галактике CRISTAL-13.
Облака пыли скрывают новорожденные звезды, излучение которых принимает на миллиметровых волнах телескоп ALMA. Справа: молодые звездные скопления рассеивают пыль и ярко сияют на снимках JWST и HST.
С помощью размещенного в чилийском высокогорье комплекса телескопов Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), астрономы смогли заглянуть в раннюю Вселенную и выявить «строительные блоки» галактик в период их первоначального становления. Обзор CRISTAL показывает формирование скоплений холодного газа, облаков пыли и звезд в галактиках, наблюдаемых в том виде, в каком они были всего через один миллиард лет после Большого взрыва. Название проекта несколько замысловато расшифровывается как [CII] Resolved ISM (interstellar matter) in STAr-forming galaxies — «[излучение] CII разъясняет межзвездную материю в звездообразующих галактиках».
Руководитель проекта CRISTAL Survey, профессор Университета Консепсьона Родриго Эррера-Камю отметил, что благодаря уникальной чувствительности и разрешающей способности ALMA ученые исследовали внутреннюю структуру ранних галактик в деталях, которые были недоступны ранее. CRISTAL показывает, как формировались первые галактические диски, как звезды образовывали гигантские скопления и как газ формировал галактики, которые мы видим сегодня.
Целью программы CRISTAL, одного из центральных проектов обсерватории ALMA, стали 39 звездообразующих галактик, отобранных среди популяции галактик в ранней Вселенной. Используя линейное излучение CII, особый тип света, испускаемого ионизированными атомами углерода, в качестве индикатора холодного газа и пыли, и комбинируя его с изображениями в ближнем инфракрасном диапазоне, полученными с космических телескопов «Джеймс Уэбб» и «Хаббл», исследователи составили подробные карты межзвездной среды в каждой системе.
Семейный портрет галактик из обзора CRISTAL. Красным цветом показан холодный газ, обнаруженный в результате наблюдений ALMA [CII]. Синим и зеленым представлен звездный свет, зафиксированный космическими телескопами «Хаббл» и «Джеймс Уэбб». Автор: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / HST / JWST / Р. Эррера-Камю
Согласно одному из ключевых выводов исследования, опубликованного в журнале Astronomy & Astrophysics, в большинстве галактик можно увидеть рождение звезд в виде больших скоплений, каждое из которых простирается на несколько тысяч световых лет. Группа галактик продемонстрировала признаки вращения, что указывает на раннее формирование дискообразных структур, которые являются предшественниками современных спиральных галактик. Излучение CII часто распространяется далеко за пределы видимых звезд, что указывает на присутствие холодного газа, который в дальнейшем станет источником звездообразования или будет рассеян звездными ветрами.
Соавтор исследования, астроном Национальной радиоастрономической обсерватории США (NRAO) и координатор исследования ALMA Лорето Баркос-Муньос подчеркнул, что CRISTAL наблюдает ранние галактики не просто как светящиеся точки, а как сложные эволюционирующие экосистемы. Проект показывает, как ALMA может исследовать внутреннюю структуру галактик даже в отдаленной Вселенной, раскрывая, как они меняются в пространстве-времени, взаимодействуют друг с другом и формируют звезды.
В процессе наблюдения астрофизиков особо привлекли две галактики — CRISTAL-13 и CRISTAL-10. В первой видны массивные облака космической пыли, которые блокируют видимый свет от новорожденных звезд. Этот свет преобразуется в миллиметровые волны, принимаемые ALMA, что позволяет выявить структуры, которые полностью скрыты от телескопов, наблюдающих в оптическом или инфракрасном диапазонах.
Увеличенное изображение излучения ранней галактики, наблюдаемого в обзоре CRISTAL. На снимке слева направо показан звездный свет, зафиксированный космическими телескопами «Джеймс Уэбб» и «Хаббл», а также холодный газ и вращение галактики, прослеженные ALMA
Галактика CRISTAL-10 представляет собой самый загадочный объект: излучение ионизированного углерода в нем необычно слабое по сравнению с яркостью в инфракрасном диапазоне, что наблюдается только в редких, сильно затемненных галактиках, таких как, например, Arp 220 в ближней части Вселенной. Это говорит об экстремальных физических условиях или необычном источнике энергии в межзвездной среде.
Наши наблюдения подчеркивают потенциал ALMA как машины времени, позволяющей нам заглянуть в ранние эпохи Вселенной. Такие программы, как CRISTAL, демонстрируют роль ALMA в развитии науки с высокой отдачей. Они позволяют нам разгадывать загадки космической эволюции с беспрецедентной глубиной и разрешением, которые могут обеспечить только обсерватории мирового класса.Серджио Мартин
Проведя первое систематическое исследование холодного газа в ранних галактиках, CRISTAL прорубает новое окно в космическую историю. Это исследование закладывает основу для будущих наблюдений, которые могут раскрыть, как галактики переходят от турбулентных ранних фаз к хорошо структурированным системам, которые мы наблюдаем в локальной Вселенной.
CRISTAL предоставляет данные в многоволновом диапазоне, которые позволяют ученым проверять и уточнять теории эволюции галактик, в том числе и нашего Млечного Пути.
Первые галактики во Вселенной — это скопления сгустков тёмной и обычной материи, образовавшиеся в эпоху «космического рассвета» — после Большого взрыва и Тёмных веков, когда свет первых звёзд и галактик прорвался сквозь газ и пыль, освещая Вселенную.
hightech.fm naukatv.ru
Долгое время считалось, что первые галактики сформировались через 400 миллионов лет после Большого взрыва. Но новые данные показали, что этот переход произошёл на сотни миллионов лет раньше, чем считали астрономы.
Некоторые гипотезы о формировании первых галактик:
Высокая плотность материи в ранней Вселенной.
Без тяжёлых элементов и сверхновых, замедляющих звездообразование, газовые облака коллапсировали активнее.
Роль тёмной материи. Её флуктуации образовали тёмные гало вскоре после Большого взрыва, а барионное вещество стало концентрироваться под действием гравитации тёмных гало.
Быстрая модель эволюции галактик. Первые звёзды могли образоваться быстрее, потому что они сформировались только из первичной материи, оставшейся после Большого взрыва (водорода и гелия), без более тяжёлых элементов, образовавшихся в более поздних поколениях звёзд.
zmclub.ru
В мае 2024 года космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) получил первые прямые изображения трёх галактик, образовавшихся между 13,2 и 13,4 млрд лет назад, или через 400–600 млн лет после Большого взрыва.
На снимках учёные смогли различить движение водорода внутрь и по краям формирующихся галактик. Со временем под действием гравитации плотность газа в отдельных местах галактик достигнет такого значения, которое запустит термоядерные реакции и породит первые звёзды. 3dnews.ru
Моделирование
Учёные используют суперкомпьютеры для трёхмерного моделирования формирования первых галактик. Например, в исследовании Института астрономии и астрофизики Академии Синика (Китай) выяснилось, что сверхновые, возникшие из первых массивных звёзд, производят тяжёлые элементы, охлаждая газ и способствуя образованию звёзд малой массы. В результате возникают галактики неправильной формы, не вращающиеся вокруг своей оси. lenta.ru