«Джеймс Уэбб» случайно нашел необычно крупную для ранней Вселенной спиральную галактику

Инфракрасный космический телескоп «Джеймс Уэбб» случайно обнаружил гигантскую и массивную спиральную галактику, существовавшую во времена, когда возраст Вселенной составлял два миллиарда лет. Ее свойства делают ее похожей на современные дисковые галактики, из-за чего возникают трудности с описанием процессов ее роста и эволюции в рамках текущих космологических моделей. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Одной из текущих ключевых проблем в галактической астрономии остается понимание того, когда и как у галактик формируются основные элементы их структур, такие как диски, балджи или бары, и с какой скоростью галактики наращивали звездную массу в первые миллиарды лет жизни Вселенной. Для этой цели ученые ищут все более далекие системы, у которых достоверно обнаруживаются те или иные структуры, и пытаются построить модели их эволюции. В частности, в случае дисковых галактик наиболее древние и подтвержденные их представители обнаруживаются при красном смещении около трех и обладают звездной массой около 10¹¹ масс Солнца при эффективном радиусе около 9–10 тысяч световых лет, что делает их по размерам меньше, чем диски у галактик в Местной Вселенной, что вписывается в текущие модели эволюции галактик.

Группа астрономов во главе с Вэйчэнь Ваном (Weichen Wang) из Миланского университета Бикокка обнаружили очень далекую спиральную галактику, которая для своей временной эпохи выглядит необычно развитой и крупной. Она получила обозначение «Большое колесо» (Big Wheel) и была найдена случайно в окрестностях яркого квазара, который был первичной целью наблюдений инфракрасного телескопа «Джеймс Уэбб». В дальнейшем телескоп провел ее спектроскопические исследования, кроме того, ученые использовали данные наблюдений за галактикой космических телескопов «Хаббл» и «Чандра» и наземных телескопов VLT и ALMA.

Красное смещение галактики оценивается в 3,25, она обладает диском со спиральными рукавами, в которых заметны сгустки. Ее эффективный радиус составляет 31,3 тысячи световых лет вдоль большой оси, а заметный диск обладает диаметром около 97,8 тысячи световых лет. Форма диска поддерживается его вращением, звездная масса галактики оценивается в 3,7×10¹¹ масс Солнца, скорость звездообразования — 250 масс Солнца в год, а максимальная скорость вращения диска — 331 километр в секунду.

Радиус и масса Большого колеса больше, чем у других дисковых галактик с изученной кинематикой при аналогичных красных смещениях, она больше похожа на крупные спиральные галактики в Местной Вселенной, но, в отличие от них, активно наращивает массу, как и другие галактики при красном смещении около трех. Галактика также обладает как минимум одной галактикой-компаньоном.

Пока что неясно, какой именно путь эволюции прошло Большое колесо, вероятность случайного обнаружения такой галактики, если окружающая ее среда не играет заметной роли, составляет менее двух процентов. Возможно, важную роль в наращивании размеров диска галактики сыграли слияния галактик, которые смогли его либо не разрушить, либо диск повторно сформировался после слияния. В случае Большого колеса оно находится в регионе повышенной плотности материи, который может быть протоскоплением галактик. Возможно также, что диск рос за счет аккреции газа из окологалактического пространства.

А еще ученые недавно обнаружили растущую изнутри наружу галактику в ранней Вселенной, что позволяет разобраться в механизмах набора массы галактиками.