Астрономы из Канады создали наиболее подробную на сегодняшний день реконструкцию эволюции Млечного Пути, начиная с самых ранних этапов. Для этого они использовали данные космического телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST) и изучили 877 галактик, чьи массы и свойства соответствуют предполагаемому облику Млечного Пути в разные периоды времени.
«Галактики-близнецы» охватывают огромный период времени – от 1,5 до 10 миллиардов лет после Большого взрыва (возраст Вселенной оценивается примерно в 13,8 миллиарда лет). Наблюдая за более далёкими галактиками, существовавшими в более раннюю эпоху Вселенной, учёные смогли создать визуальную временную шкалу эволюции Млечного Пути. К их удивлению, выяснилось, что в молодости наша галактика пережила период бурных событий, прежде чем обрела стабильную и упорядоченную спиральную структуру, которую мы наблюдаем сегодня.
В соответствии с последовательностью Хаббла, галактики классифицируются по форме на эллиптические, спиральные и спиральные с перемычкой. Эллиптические галактики представляют собой раннюю стадию эволюции и характеризуются отсутствием структуры и малым количеством межзвёздной пыли и газа. Спиральные галактики состоят из центрального балджа и плоского диска со спиральными рукавами, в которых происходит звездообразование. Галактики, не попадающие ни в одну из этих категорий, называются неправильными.
Для своего исследования команда объединила снимки высокого разрешения, полученные с помощью JWST и телескопа «Хаббл», чтобы создать описание 877 ранних галактик. Объединив наблюдения в видимом диапазоне с данными «Хаббла», учёные создали карты распределения звёздной массы и скорости звездообразования для каждой наблюдаемой галактики.
Результаты показали чёткую закономерность: галактики, подобные Млечному Пути, росли изнутри наружу в период от 3 до 4 миллиардов лет после Большого взрыва. Они начинали с плотных центральных областей и наращивали массу во внешних областях за счёт слияний и нового звездообразования, постепенно формируя протяжённые спиральные структуры.
Проведённые компьютерные симуляции, отслеживающие эволюцию галактик, подобных Млечному Пути, в целом подтвердили модель роста изнутри наружу. Однако в некоторых случаях симуляции не смогли воспроизвести высокую концентрацию вещества в центральных областях ранних галактик и не смогли предсказать, насколько быстро масса накапливается во внешних областях. Эти результаты предоставляют ценные ограничения для теоретических моделей эволюции галактик и задействованных механизмов, включая обратную связь, скорость слияний и формирование диска.
«Астрономы десятилетиями моделировали формирование Млечного Пути и других спиральных галактик, – говорит доктор Вивиан Тан, ведущий автор исследования. – Удивительно, что с помощью JWST мы можем проверить их модели и проследить, как прародители Млечного Пути растут вместе со Вселенной».
Одним из важных выводов исследования является указание на то, что ранняя история Млечного Пути была более хаотичной, чем считалось ранее. Наблюдения показывают, что галактики в этот ранний период постоянно сталкивались и поглощали материю, вызывая интенсивные вспышки звездообразования. В дальнейшем учёные планируют использовать JWST для изучения ещё более ранних стадий формирования галактик, когда их возраст составлял всего 3% от нынешнего.