В ранней Вселенной обнаружена удивительно большая галактика

Международная группа ученых, включая исследователей из Технологического университета Суинберна, совершила значительное открытие в области астрономии, обнаружив гигантскую спиральную дисковую галактику в ранней Вселенной. Эта галактика, получившая название «Большое колесо», в три раза превышает размеры аналогичных галактик той же эпохи, что ставит под сомнение существующие модели формирования галактик. Открытие было сделано с использованием данных космического телескопа Джеймс Уэбб (JWST) и других телескопов, а результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Галактические диски представляют собой плоские структуры, состоящие из звезд, газа и пыли, которые вращаются вокруг центрального ядра. Наша Солнечная система, например, находится внутри диска Млечного Пути. Однако обнаружение столь крупной и хорошо упорядоченной дисковой галактики в эпоху, когда Вселенной было всего 2,4 миллиарда лет, заставляет ученых пересмотреть свои представления о темпах и механизмах формирования космических структур.

Темия Нанаяккара, эксперт по спектральному моделированию галактик из Технологического университета Суинберна, входил в состав международной группы, которая планировала наблюдения JWST и сделала это открытие. По его словам, существование такой галактики в ранней Вселенной указывает на то, что природа способна создавать сложные структуры гораздо быстрее и эффективнее, чем предполагалось ранее. Это также намекает на то, что плотные, богатые газом среды могут быть ключевыми областями для формирования гигантских галактик.

Наблюдения проводились в области неба, где находится яркий квазар с красным смещением z=3,25. Это означает, что галактика видна такой, какой она была более 11 миллиардов лет назад, менее чем через 3 миллиарда лет после Большого взрыва. Используя данные двух приборов JWST — NIRCam и NIRSpec, — ученые смогли идентифицировать галактики в этой области и проанализировать их красные смещения, морфологию и кинематику. Эти данные подтвердили, что «Большое колесо» имеет оптический радиус около 10 килопарсек, что значительно превышает предсказания современных космологических моделей.

Кинематический анализ, основанный на данных NIRSpec, показал, что галактика содержит диск, вращающийся со скоростью около 300 км/с. Это делает её крупнее любых других кинематически подтвержденных дисков, обнаруженных в аналогичные ранние эпохи, и сопоставимым по размеру с самыми массивными современными дисками. Ученые предполагают, что такая структура могла сформироваться в чрезвычайно плотной среде, где физические условия благоприятствовали быстрому образованию дисков.

Однако современные космологические модели не предсказывают существования галактик, подобных «Большому колесу», что указывает на пробелы в нашем понимании процессов формирования галактик.

В частности, в таких плотных средах часто происходят столкновения и слияния галактик, а также потоки газа, которые могут разрушать диски. Для формирования столь крупного диска, как «Большое колесо», слияния должны были быть неразрушающими и происходить в определенных направлениях, а притоки газа должны были обладать угловым моментом, согласованным с вращением диска.

Предыдущие исследования показали, что квазар, возле которого была обнаружена галактика, находится в скоплении протогалактик — крупномасштабной структуре с высокой концентрацией галактик, газа и черных дыр. Это подтверждает, что «Большое колесо» существует в исключительно плотной среде, которая до сих пор остается малоизученной.

Темия Нанаяккара подчеркивает, что эта работа открывает новые возможности для изучения ранних этапов формирования галактик. Более целенаправленные наблюдения могут помочь создать статистическую выборку гигантских дисков в ранней Вселенной, что позволит лучше понять физические условия, способствующие их формированию. Это исследование не только бросает вызов существующим моделям, но и указывает на необходимость их пересмотра с учетом новых данных, полученных с помощью JWST.