Древняя галактика удивила ученых скоростью рождения новых звезд

Чем дальше от нас находится космический объект, тем он более тусклый. Хоть мы видим яркие галактики в ранней Вселенной, всего через 300-500 миллионов лет после Большого взрыва, технологии пока не позволяют рассмотреть их в деталях. А именно детали помогают ученым подтвердить предположения о том, как первым галактикам удалось столь быстро нарастить массу и сформировать звезды. Возможно, ответ на этот вопрос поможет найти галактика Gz9p3.

Эту галактику заметили несколько лет назад в данных наблюдений космического телескопа «Хаббл». Для него она была лишь точкой. Телескоп «Джеймс Уэбб» мощнее, поэтому с его помощью астрономам удалось рассмотреть внутреннюю структуру объекта. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Галактика Gz9p3, как ее назвали авторы новой работы, имеет красное смещение z = 9,3, то есть мы видим ее такой, какой она была примерно через 510 миллионов лет после Большого взрыва. Ученые обратили на нее внимание из-за необычайной яркости.

Дальнейшие наблюдения подтвердили, что Gz9p3 на 50% ярче обычных галактик своего периода. Более того, она оказалась еще и очень массивной — 1,6 миллиарда солнечных масс. Все это делает ее самой яркой и массивной галактикой своего периода, на z = 9. Даже если учесть кандидатов в галактики, она все равной остается одной из самых массивных из известных нам в первые 750 миллионов лет после Большого взрыва.

Еще интереснее ее строение и звезды. По оценке авторов исследования, за год Gz9p3 формирует звезды суммарной массой около 19 солнечных масс (в диапазоне от 13 до 24 солнечных масс). Для сравнения: скорость формирования новых звезд в Андромеде — 0,4 солнечной массы, а в Млечном Пути — от одной до двух солнечных масс. Правда, в 2023 году астрономы вычислили, что эта скорость может быть значительно выше, от четырех до восьми солнечных масс в год. Впрочем, это все равно значительно меньше, чем у Gz9p3.

Также наблюдения выявили, что Gz9p3 — на самом деле, две сливающиеся галактики. Самым молодым звездам там меньше 10 миллионов лет, а «старшему» поколению — в среднем 120 миллионов лет. С учетом возраста Вселенной на тот момент, получается, что формирование этих звезд началось всего через 300 миллионов лет после Большого взрыва.

Насколько часто в молодой Вселенной встречаются такие продукты слияния? По оценке авторов исследования, вероятность «поймать» подобный объект составляет примерно 20%, так что Gz9p3 не является чем-то уникальным. Тем не менее суммарная масса звезд в ней выше, чем ожидали ученые. И это делает ее отличным кандидатом для дальнейшего изучения.

Как объяснили ученые, либо галактика находится в редком для той эпохи мощном гало темной материи, либо мы что-то не понимаем в формировании звезд в ранней Вселенной. Скорее второе. Поэтому, изучив подробнее Gz9p3, особенно движение и взаимодействия внутри нее, мы сможем больше узнать о гало темной материи, формировании звезд и условиях в межзвездном, внутригалактическом и межгалактическом пространстве в тот период.

Космический телескоп «Хаббл» нашел немало кандидатов в галактики на красном смещении от восьми до 11, что соответствует 600 и 400 миллионам лет после Большого взрыва. С помощью «Спитцера» астрономы обнаружили в них довольно старые звезды, то есть формирование звезд началось во Вселенной довольно рано.

С запуском «Джеймса Уэбба» не только увеличился список известных нам галактик на z > 10, но и удалось спектроскопически изучить чуть более близкие объекты на z = 8. Оказалось, что в ту эпоху было уже гораздо больше галактик, чем предсказывали модели. Особенно ярких галактик. И благодаря объектам вроде Gz9p3 астрономы могут изучить условия их формирования.