В нашей вселенной, возраст которой составляет 13,8 миллиардов лет, большинство галактик, подобных нашему Млечному пути, постепенно формируются, достигая своей большой массы относительно поздно. Новое открытие, сделанное с помощью массивного миллиметрового/субмиллиметрового массива Atacama (ALMA), массивной вращающейся дисковой галактики, замеченное на стадии, когда возраст Вселенной составлял всего десять процентов от нынешнего возраста, бросает вызов традиционным моделям формирования галактик. Это исследование появилось 20 мая 2020 года в журнале Nature.

Галактика DLA0817g, получившая прозвище Диск Вольфа (Wolfe Disk) в честь покойного астронома Артура М. Вольфа, является самой отдаленной галактикой с вращающимся диском из когда-либо наблюдавшихся. Беспрецедентная сила ALMA позволила увидеть вращение этой галактики 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 у нас теперь есть однозначные доказательства того, что они образовывались уже через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва», - сказал ведущий автор Марсель Нилман из института Макса Планка в Гейдельберге, Германия.

Как образовалась галактика DLA0817g?

Открытие галактики создает проблему для многих симуляций формирования галактик, которые предсказывают, что массивные галактики в этой точке эволюции растут благодаря множеству слияний меньших галактик и горячих скоплений газа.

«Большинство галактик, которые мы находим в начальной вселенной, напоминают крушения поездов, потому что они подвергались последовательному и часто «насильственному» слиянию», - пояснил Нилман. «Эти горячие слияния затрудняют формирование хорошо упорядоченных дисков, какие мы наблюдаем в нашей исследуемой галактике».

В большинстве сценариев образования галактик начинают показывать хорошо сформированный диск примерно через 6 миллиардов лет после Большого взрыва. Тот факт, что астрономы обнаружили такую ​​дисковую галактику, когда возраст Вселенной составлял всего десять процентов от ее нынешнего возраста, указывает на то, что ее процесс роста должен был быть другим.

«Мы считаем, что она выросла главным образом благодаря постоянному наращиванию за счет холодного газа», - сказал Дж. Ксавье Прочаска из Калифорнийского университета, Санта-Крус и соавтор исследования. «Тем не менее, один из вопросов, который остается, состоит в том, как собрать такую ​​большую массу газа, поддерживая относительно стабильный вращающийся диск».

Звездообразование

Команда также использовала Очень Большую Антенную Решётку (VLA) и космический телескоп Хаббл, чтобы больше узнать о звездообразовании в галактика DLA0817g. 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 DLA0817g, по крайней мере, в десять раз выше, чем в нашей собственной галактике», - пояснил Прочаска. «Должно быть, это одна из самых продуктивных дисковых галактик в ранней Вселенной».

«Нормальная» галактика

Диск Вольфа был впервые обнаружен ALMA в 2017 году. Нилман и его команда 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 он себя проявил. 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 Вольфа с использованием этого метода, говорит нам о том, что он принадлежит к нормальной популяции галактик, присутствовавших в ранние времена», - сказал Нилман. «Когда наши новейшие наблюдения с ALMA неожиданно показали, что он 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, которая финансирует телескоп. «ALMA позволяет нам делать новые неожиданные открытия практически при каждом наблюдении»