Астрономы обнаружили массивный вращающийся диск в ранней вселенной

В нашей Вселенной возрастом 13,8 миллиарда лет большинство галактик, подобных Млечному пути, формируются постепенно, достигая своей большой массы относительно поздно.

Но новое открытие, сделанное с помощью телескопов ALMA — массивной вращающейся дисковой галактики, образованной, когда Вселенная была очень молода, бросает вызов традиционным моделям формирования галактик. Исследование появилось 20 мая 2020 года в журнале Nature.

Галактика DLA0817g, названная диском Вульфа в честь покойного астронома Артура М. Вулфа, является самой удаленной вращающейся дисковой галактикой из когда-либо наблюдавшихся. Несравненная мощь Альмы позволила увидеть, как эта галактика вращается со скоростью 272 километра в секунду, подобно нашему Млечному Пути.

«В то время как предыдущие исследования намекали на существование этих ранних, вращающихся, богатых газом дисковых галактик, благодаря ALMA мы теперь имеем однозначные доказательства того, что они появились уже через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва», — сказал ведущий автор исследования Марсель Нилеман из Института астрономии Макса Планка в Гейдельберге, Германия.

Как образовался диск Вульфа?

Открытие диска Вульфа представляет собой вызов для многих моделей формирования галактик, которые предсказывают, что массивные галактики в этот момент эволюции вселенной росли через множество слияний более мелких галактик и горячих сгустков газа.

«Большинство галактик, которые мы находим в начале вселенной, выглядят хаотично, потому что они подвергались последовательному и часто «насильственному» слиянию», — объяснил Марсель Нилеман. — Эти горячие слияния затрудняют формирование хорошо упорядоченных, холодных вращающихся дисков, которые мы наблюдаем в нашей нынешней Вселенной.»

В большинстве сценариев формирования галактик хорошо сформированный диск появляется примерно через 6 миллиардов лет после Большого Взрыва. Тот факт, что астрономы обнаружили такую дисковую галактику, когда Вселенной было только 1,5 миллиарда лет, указывает на то, что у нее должны были доминировать другие процессы роста.

«Мы думаем, что диск Вульфа образовался в основном за счет постоянного накопления холодного газа», — говорят исследователи. — И все же один из остающихся вопросов заключается в том, как собрать такую большую газовую массу, сохраняя при этом относительно стабильный вращающийся диск.»

Звездообразование

Ученые также использовали очень большой массив телескопов Карла Дж. Янского (VLA) и космический телескоп Хаббла НАСА / ЕКА, чтобы больше узнать о звездообразовании в диске Вульфа.

В радиоволнах ALMA смотрел на движения галактики и массу атомного газа и пыли, в то время как VLA измерял количество молекулярной массы — топлива для звездообразования. В ультрафиолетовом свете Хаббл наблюдал массивные звезды.

«Скорость звездообразования в диске Вульфа, по крайней мере, в десять раз выше, чем в нашей собственной галактике», — пояснили астрономы. «Должно быть, это одна из самых продуктивных дисковых галактик в ранней Вселенной».

Диск Вульфа был впервые обнаружен ALMA в 2017 году. Астрономы обнаружили галактику, когда исследовали свет от более отдаленного квазара. Свет от квазара был поглощен, когда он проходил через огромный резервуар газообразного водорода, окружающий галактику — так она себя проявила.

Вместо того, чтобы искать прямой свет от чрезвычайно ярких, но более редких галактик, астрономы использовали этот метод «поглощения», чтобы найти более слабые и более «нормальные» галактики в ранней Вселенной.

«Тот факт, что мы нашли диск Вульфа с использованием этого метода, говорит нам о том, что она принадлежит к нормальной популяции галактик, присутствовавших в ранние времена», — сказал Марсель Нилеман.

«Когда наши новейшие наблюдения с ALMA неожиданно показали, что диск вращается, мы поняли, что ранние вращающиеся дисковые галактики не так редки, как мы думали, и что их должно быть намного больше».

«Это наблюдение является воплощением того, как наше понимание вселенной улучшается благодаря повышенной чувствительности, которую ALMA привносит в радиоастрономию», — сказал Джо Песче, директор астрономической программы Национального научного фонда, который финансирует телескоп. «ALMA позволяет нам делать новые неожиданные открытия практически при каждом наблюдении».

A cold, massive, rotating disk galaxy 1.5 billion years after the Big Bang, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-2276-y , www.nature.com/articles/s41586-020-2276-y