Астрономы обнаружили самую старую спиральную галактику — близнеца Млечного Пути

Примерно две трети всех спиральных галактик (а это почти 60 процентов всех галактик Вселенной), известных астрономам, включая Млечный Путь, имеют в центре перемычку — огромную вытянутую структуру, заполненную молодыми звездами. Спиральные рукава в таких галактиках сильно закручены и начинаются на концах перемычек, тогда как в обычной спиральной галактике эти рукава выходят из центра галактического ядра.

Модели формирования и эволюции галактик показывают, что структуры с перемычкой (как и без нее) стали появляться только примерно через четыре миллиарда лет после Большого взрыва. Ученые полагают, что в ранней Вселенной аналоги Млечного Пути если и встречаются, то крайне редко, поскольку они слишком «хрупкие» и не смогли бы пережить слияния с другими похожими объектами. В начале времен такие «космические аварии» были довольно частым явлением. 

Группа ученых из Испанского астробиологического центра под руководством Луки Костантини отыскала в наборе данных космического телескопа «Джеймс Уэбб» самую древнюю на сегодня галактику с перемычкой. Исследователи отметили, что эта галактика уже была зрелой, когда возраст Вселенной составлял два миллиарда лет и она сильно напоминает Млечный Путь. Ученые работали со снимками тысяч очень далеких галактик Cosmic Evolution Early Release Science (CEERS), которые «Джеймс Уэбб» получил в июне 2022 года. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Новый объект назвали ceers-2112. Его звездная масса составляет 3.9 × 10⁹ масс Солнца. Моделирование показало, что галактика должна была вырасти до размеров Млечного Пути через четыре миллиарда лет после Большого взрыва, а первый холодный звездный диск в ceers-2112 мог образоваться более 12 миллиардов лет назад. 

«Если бы можно было вернуться назад во времени, мы увидели бы, что с большой долей вероятности Млечный Путь выглядел бы как ceers-2112», — пояснил Костантини.

Авторы сделали вывод, что дальнейшие наблюдения за такими объектами могли бы помочь ученым улучшить модели формирования галактик и понять, как Млечный Путь и другие подобные структуры с перемычкой эволюционировали в ранней Вселенной.

Отметим, что чуть раньше в Astrophysical Journal вышла работа других ученых из Манчестерского университета (Великобритания) и Университета Виктории (Канада), в которой астрономы рассказали о типе галактик, доминирующем в ранней Вселенной. В своем исследовании команда использовала тот же набор данных (CEERS), что и их испанские коллеги. 

Специалисты выяснили, что уже через один-два миллиарда лет после Большого взрыва во Вселенной стали доминировать дисковые галактики — они же спиральные (как с перемычкой, так и без нее). До этого считалось, что в ранней Вселенной были распространены неправильные и пекулярные галактики. Последние обладают ярко выраженными индивидуальными особенностями, из-за чего их невозможно отнести к конкретному классу.

Астрономы изучили 3956 галактик, которые наблюдал «Джеймс Уэбб». Сперва каждый из объектов ученые проанализировали на основе его внешнего вида, после чего отнесли к одной из шести категорий. В окончательном варианте таблица классификации галактик исследователей выглядела следующим образом:

1. Дисковые галактики — 1672 (или около 42 процентов); 

2. Галактики сфероидальной формы — 553 (или почти 14 процентов); 

3. Пекулярные галактики — 1100 (или примерно 27 процентов); 

4. Неопределенные источники — 428 (или около 10 процентов); 

5. Интенсивные источники — 55 (или около одного процента); 

6. Галактики, тип которых не удалось определить, — 148 (или почти четыре процента).

Затем ученые исследовали галактики по их морфологическим признакам. Для этого использовали программу Morfometryka: она позволила оценить каждый объект на основе информации об асимметрии, гладкости, энтропии, спиральности, размера. Полученные данные помогли исследователям понять, как развивалась конкретная галактика начиная с первого миллиарда лет существования Вселенной.

Исследователи подытожили, что в ранней Вселенной наиболее распространены именно дисковые галактики: они встречаются в 10 раз чаще, чем предполагали многие специалисты ранее, основываясь на наблюдениях «Хаббла».

Само по себе образование спиральной галактики через два миллиарда лет после Большого взрыва не вызывает особого удивления, но такие черты «зрелости», как выраженная перемычка и холодные звездные диски, действительно выглядят странно. До сих пор считалось, что это продукт многих миллиардов лет галактической эволюции и поэтому не встречалось в настолько ранней Вселенной.