На сайте arXiv одновременно появились три статьи, в которых независимые группы учёных пришли к одному выводу: обсерватория «Джеймс Уэбб» подтвердила открытие самой древней галактики в истории наблюдений человечества. Эта галактика активно росла и развивалась менее чем через 300 млн лет после Большого взрыва, что настойчиво подталкивает учёных изменить представление о ранних этапах эволюции Вселенной.

Источник изображения: NASA

С появлением такого мощного инструмента, как космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба, земная наука получила возможность заглянуть в эпоху реионизации и глубже, когда пространство было заполнено нейтральным водородом, который как густой туман рассеивал видимый свет звёзд. Считалось, что в те времена рассвета Вселенной было мало галактик и они были бедны на звёзды, ведь после Большого взрыва прошло всего несколько сотен миллионов лет. Звёзды и их скопления просто не успели бы развиться. «Джеймс Уэбб» ошеломил: плотность галактик и их яркость оказались впечатляющими даже в начале эпохи реионизации.

Удалённость и сложность измерений не позволяли сразу понять, какие галактики древние, а какие просто уходят в красный спектр по причине преобладания соответствующего типа звёзд. Разобраться с этим позволяют спектральные приборы «Уэбба». Они более-менее точно определяют красные смещения галактик, что позволяет судить об истинной удалённости этих объектов.

До недавнего времени самой древней подтверждённой галактикой была JADES-GS-z13-0, обнаруженная через 320 млн лет после Большого взрыва. Новой самой древней галактикой стала JADES-GS-z14-0, пойманная в объектив «Уэбба» менее чем через 300 млн лет после Большого взрыва. Масса этой галактики оказалась примерно на уровне 10 % от массы Млечного Пути, а её звёздное население росло со скоростью 25 солнечных масс в год. Обнаружить такой яркий объект и так рано — это ломает устоявшиеся представления об эволюции звёзд и галактик. Слово за вами, теоретики!

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) прислал снимки карликовой галактики NGC 4449, в которой наблюдается вспышка звездообразования — этот процесс был спровоцирован в результате поглощения ещё более компактной галактики NGC 4449B.

Галактика NGC 4449. Источник изображений: esawebb.org

NGC 4449 находится на расстоянии 12,5 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Гончие Псы. Она имеет много общего с Большим Магеллановым Облаком — галактикой, которая обращается вокруг Млечного Пути. Обе они имеют небольшие размеры и неправильную форму, а также проходящую через центр характерную полосу. Но в отличие от нашего ближайшего соседа, в NGC 4449 происходит активное звездообразование по всей длине и ширине. Звездообразование происходит, когда наполняющий галактику газ молекулярного водорода начинает испытывать возмущения в результате гравитационного взаимодействия или столкновения с другой галактикой.

Галактика NGC 4449 (NIRCam)

NGC 4449 входит в группу M94, состоящую из примерно двух десятков галактик, а значит, у неё есть несколько соседей, с которыми возможно взаимодействие. Доказательства такого взаимодействия были получены в 2012 году — это поглощение меньшей галактики-спутника NGC 4449B. Гравитационные приливные силы создали турбулентность в молекулярном газе вокруг NGC 4449, что привело к образованию многочисленных скоплений молодых звёзд. Эти скопления хорошо видно на снимках, полученных камерами ближнего (NIRCam, длина волны от 0,6 до 5 мкм) и среднего (MIRI, 5–28 мкм) инфракрасного диапазона. Изображения сильно отличаются друг от друга, цвета же на них не соответствуют действительности, а отражают картину в инфракрасном диапазоне.

Галактика NGC 4449 (MIRI)

Снимок NIRCam демонстрирует скопления недавно родившихся горячих звёзд на фоне более старых, чей свет обозначен рассеянным голубым свечением. Яркий центр окружен пыльными завитками, которые отмечают области звездообразования в облаках молекулярного газа, ионизированного излучением находящихся в скоплениях молодых звёзд — эти скопления представлены компактными голубыми областями. Изображение MIRI демонстрирует пыльный скелет NGC 4449, который кажется более концентрированным, чем вещество, запечатлённое NIRCam. В облаках пыли, обозначенных оранжево-красным цветом, содержатся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Эти молекулы являются строительными блоками межзвёздных пылевых частиц, а также играют ключевую роль в распространении органики. Ярко-жёлтые области — места активного звездообразования, а ярко-синие пятна свидетельствуют о звёздах в галактике.

В совокупности NIRCam и MIRI наглядно демонстрируют, что происходит в переживающей бурную фазу галактике, чьё развитие предопределено на миллиарды лет вперёд. NGC 4449 — пример того, что может произойти в Большом Магеллановом Облаке, если взаимодействие этой галактики с малым Магеллановым Облаком или даже Млечным Путём усилится. NGC 4449 также повторяет историю небольших галактик, которые существовали в ранней Вселенной — они стали строительными блоками более крупных, а звёздные вспышки в них породили значительную часть ионизирующей энергии, которая положила конец Тёмным векам Вселенной. Другими словами, NGC 4449 — это окно одновременно в прошлое и будущее галактической эволюции.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» получил, похоже, одни из самых ценных снимков за время своей работы. С его помощью учёным удалось увидеть, как рождались первые галактики во Вселенной. Это наблюдение в общем случае подтвердило нашу теорию об эволюции звёзд, галактик и самой Вселенной.

Источник изображения: NASA

«Можно сказать, что это первые "прямые" изображения формирования галактик, которые мы когда-либо видели, — пояснил ведущий автор исследования Каспер Эльм Хайнц (Kasper Elm Heintz), астрофизик Центра космического рассвета (DAWN) в Дании. — В то время как ранее "Джеймс Уэбб" показывал нам ранние галактики на более поздних стадиях эволюции [уже сформированные], здесь мы являемся свидетелями самого их рождения и, следовательно, построения первых звёздных систем во Вселенной».

Телескоп получил изображения трёх галактик примерно через 400–600 млн лет после Большого взрыва. На тот момент галактики представляли собой скопления сгустков тёмной и обычной материи, по-видимому, с чёрной дырой в их центрах. Звёзд в них ещё не было или их было исчезающее мало, и лишь на ранних стадиях эволюции. Обычная материя в те времена — это практически один водород. Именно его движение и поглощение засекли спектральные приборы «Уэбба».

Как это увидел «Уэбб»

На сделанных космической обсерваторией снимках учёные смогли различить движение водорода внутрь и по краям формирующихся галактик. Со временем под действием гравитации плотность газа в отдельных местах формирующихся галактик достигнет такого значения, которое запустит термоядерные реакции и породит первые звёзды. Но это будет потом и, к тому же, всё это мы видели на более поздних стадиях развития Вселенной. Увидеть фактически зачатие первых галактик — это редкая удача и, кстати, исследователи утверждают, что они выбирали цель для работы наобум, не до конца понимая, что же они хотят найти.

Астрономы пока не знают, как распределяется газ между центрами галактик, а также на их окраинах. Будущие наблюдения могут не только помочь решить эту задачу, но и показать, полностью ли газовые облака этих галактик состоят из первичного водорода или уже содержат более тяжёлые элементы.

Астрономы получили уникальную возможность изучить структуру и происхождение линзовидной галактики NGC 4753 благодаря новому снимку, сделанному космическим телескопом «Хаббл» (Hubble). На фотографии, опубликованной 13 мая, видно яркое центральное ядро галактики и сложные пылевые структуры, напоминающую рыболовную сеть или невод, которые могут быть результатом слияния галактик более миллиарда лет назад.

Источник изображения: L.Kelsey / NASA, ESA, Hubble

Галактика NGC 4753 была впервые открыта астрономом Уильямом Гершелем (William Herschel) в 1784 году. Она находится примерно в 60 млн световых лет от Земли в группе галактик Дева II (Virgo II Cloud), которая включает около 100 галактик и их скоплений.

Линзовидные галактики являются переходной формой между спиральными и эллиптическими галактиками: они имеют эллиптическую форму, но их спиральные рукава плохо выражены. Согласно заявлению Европейского космического агентства (ESA), галактика NGC 4753 позволяет астрономам исследовать различные теории образования линзовидных галактик благодаря низкой плотности её среды и сложной структуре.

Считается, что NGC 4753 является результатом слияния крупной галактики и её карликового компаньона около 1,3 млрд лет назад. Когда галактики сближались, мощные гравитационные силы более крупной галактики, вероятно, притягивали звёзды, газ и пыль её меньшего соседа, что привело к формированию искажённой эллиптической формы и характерных пылевых полос, наблюдаемых сегодня. Среди пылевых отростков галактики, звёзд и яркого белого ядра скрыта тёмная материя, которая, как считается, составляет большую часть массы галактики, сосредоточенной в её слегка сплющенном сферическом ореоле.

Наблюдения за NGC 4753 также указывают на то, что галактика была местом возникновения сверхновой типа Ia — мощного взрыва звезды, который происходит в двойных системах, где одна из звёзд является белым карликом, исчерпавшим своё ядерное топливо.

«Эти типы сверхновых чрезвычайно важны, поскольку все они вызваны взрывами белых карликов, у которых есть звёзды-компаньоны, и всегда достигают пика яркости — в 5 млрд раз ярче нашего Солнца. Зная истинную яркость таких событий и сравнивая её с видимой яркостью, астрономы получают уникальную возможность измерять расстояния во Вселенной», — отметили представители ESA.

Таким образом, наблюдения за галактикой NGC 4753 открывают перед учёными новые горизонты для изучения эволюции галактик и природы тёмной материи. Слияние галактик и связанные с этим процессы играют ключевую роль в формировании сложных структур, которые мы наблюдаем сегодня. Будущие исследования и наблюдения позволят углубить наше понимание этих явлений и ответить на ещё множество вопросов, связанных с развитием Вселенной.

Исследователи и студенты Массачусетского технологического института обнаружили в гало Млечного Пути три звезды, образовавшиеся примерно 12–13 миллиардов лет назад, то есть вскоре после Большого взрыва. По словам исследователей, эти самые «пожилые» из когда-либо открытых звёзд «являются частью нашего космического генеалогического древа». Их изучение может дать астрономам новые знания о развитии Вселенной и нашей галактики сразу после Большого взрыва.

Источник изображения: Denis Degioanni / unsplash.com

Профессор физики Массачусетского технологического института Анна Фребель (Anna Frebel) посвятила свою карьеру сбору и обработке данных с телескопа Магеллан-Клей обсерватории Лас-Кампанас в чилийской пустыне Атакама. В конце 2022 года она открыла новый учебный курс «наблюдательной звёздной археологии», где студенты получают навыки, необходимые для исследования происхождения древнейших космических объектов.

Исследователей заинтересовали звёзды, спектр которых указывал на низкие количества стронция и бария. Считается, что сразу после Большого взрыва содержание этих элементов в звёздной пыли было крайне мало, поэтому такой спектр звёзд свидетельствует, что они могли образоваться в самой ранней Вселенной. После длительного изучения материалов были выбраны три звезды с чрезвычайно низким содержанием стронция, бария и железа, впервые обнаруженные в 2013 и 2014 годах.

Исследование орбитальных схем этих звёзд показало, что всё «звёздное трио» движется в направлении, противоположном остальным звёздам в гало Млечного Пути. Ретроградное движение часто является признаком того, что небесный объект не является родным для своего окружения. Такая модель движения в сочетании с характерным химическим составом привела исследователей к уверенности, что эти древние звёзды когда-то были частью ранних карликовых галактик, которые были поглощены нашей галактикой по мере роста Млечного Пути.

Космическим объектам этого класса присвоено название «малые аккреционные звёздные системы» (Small Accreted Stellar System, SASS). В статье, опубликованной во вторник в «Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества», Фребель и её коллеги высказывают предположение, что в Млечном Пути может быть скрыта ещё 61 звезда SASS. «Эти старые звезды определённо должны быть там, учитывая то, что мы знаем о формировании галактик, — уверена Фребель. — Они являются частью нашего космического генеалогического древа. И теперь у нас есть новый способ их найти».

Астрономы обнаружили гигантский отток газа из галактики NGC 4383 при помощи спектрографа MUSE, установленного на Чрезвычайно большом телескопе в рамках астрономической программы MAUVE. Предположительно, выброс был вызван вспышками образования звезд и взрывами сверхновых. Исследование структуры и состава этого выброса проливает свет на циклы звездообразования в галактиках.

Источник изображения: ESO/A. Watts et al

Международная группа ученых обнаружила в галактике NGC 4383, расположенной в скоплении Девы, гигантский отток ионизированного газа. По сообщению Ars Technica, исследователям удалось получить детальное изображение этой газовой структуры с разрешением в 100 парсек (326 световых лет). Выяснилось, что длина оттока составляет более 19 тысяч световых лет и является результатом активного звездообразования в центральной области NGC 4383.

В результате процесса звездообразования из недр галактики было выброшено огромное количество различных элементов, в том числе водород, кислород, азот и сера. По оценкам ученых, общая масса выброшенного газа составляет 50 миллионов солнечных масс, во что трудно даже поверить.

Астрономы давно предполагали, что мощные выбросы газа играют ключевую роль в эволюции галактик, так как, вырывающийся из недр звёзд, он загрязняет межзвёздную среду внутри галактик и, частично попадая в межгалактическое пространство, уже не может служить сырьём для формирования новых звёзд.

Именно поэтому считается, что гигантские газовые оттоки в конечном итоге могут привести к гибели галактик, так как они будут терять способность к звездообразованию и медленно «умирать». А данные наблюдения NGC 4383 служат ярким тому подтверждением.

Измерения показали, что средняя скорость выбрасываемого галактикой газа составляет 210 километров в секунду, а максимальная достигает 300 километров в секунду. Эти значения хорошо согласуются с теоретическими моделями, учитывающими видимую звёздную массу NGC 4383 и наблюдаемые темпы звездообразования в ней.

Также расчёты показывают, что ежегодно через этот газовый отток проходит масса вещества, эквивалентная почти двум миллионам солнечных масс. Для сравнения — масса всего вещества в нашей Галактике оценивается приблизительно в 600 миллиардов солнечных масс.

Источник изображения: ESO/A. Watts et al

Отмечается, что такое подробное исследование структуры ионизированного газа в NGC 4383 стало возможным благодаря уникальным возможностям современных инструментов. В частности, были задействованы спектрограф MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) на очень большом телескопе европейской южной обсерватории в Чили и комплекс ALMA из 66 радиотелескопов.

Результаты исследования были получены в рамках международной научной программы MAUVE (MUSE and ALMA Unveiling the Virgo Environment), целью которой является изучение роли мощных выбросов газа из галактик в их дальнейшей эволюции и возможной гибели.

Сверхмассивные чёрные дыры подобные той, что находится в центре нашей галактики, демонстрируют завидное постоянство тихой активности. Их излучение стабильно и умеренно, как будто вещество на них падает непрерывным и необильным ручейком. В относительном хаосе Вселенной это выглядит необычно, и учёные взялись разобраться с «пищевыми» привычками этих интереснейших объектов. Найти ответ помогли архивы телескопа «Спитцер».

Слева пыль, газ и звёзды, справа только пыль. Источник изображения: NASA

Данный случай стал наглядным примером того, как архивные данные помогают делать открытия, которые учёные проглядели в момент первичного сбора и изучения информации. К настоящему дню компьютерное моделирование развилось достаточно сильно, если сравнивать с инструментами 20-летней давности. С помощью уточнённых моделей и на более мощном оборудовании группа учёных воссоздала механизм тихого питания сверхмассивных чёрных дыр, когда их активность, выраженная в излучении аккреционного диска, оставалась равномерной без резких перепадов яркости.

Синим пунктиром показаны два рукава пыли, питающие чёрную дыру (синий кружок — это её диск аккреции)

Для подтверждения модели исследователи воспользовались тысячами снимков галактики Андромеда, сделанными инфракрасной космической обсерваторией «Спитцер», а также данными «Хаббла» в видимом диапазоне. Изучая свет на разных длинах волн, учёные смогли отделить пыль и газ от звёзд и областей звездообразования. Детальное изучение потоков пыли в центре Андромеды выявило два отчётливых рукава, направляющихся к сверхмассивной чёрной дыре в центре этой галактики. Данные наблюдений точно уложились в те пределы, которые установило моделирование, а это означает верность предложенной теории тихого питания сверхмассивных чёрных дыр. Вещество падает на аккреционный диск чёрной дыры равномерно, а не сгустками, питая её множественными потоками пыли и газа.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST) помог рассмотреть сердце галактики Сигара, в которой наблюдается яркая вспышка рождения звёзд. В ядре галактики, также известной как «Мессье 82» (Messier 82), находится компактная турбулентная среда, способная дать учёным более чёткое представление о массовом рождении звёзд и формировании галактик.

Снимки галактики Сигара телескопами «Хаббл» (Hubble, слева) и «Джеймс Уэбб» (справа). Источник изображений: nasa.gov

Галактика Сигара располагается в 12 млн световых лет от Земли и наблюдается в созвездии Большая Медведица — звёзды здесь формируются примерно в 10 раз быстрее, чем в нашей относительно тихой галактике Млечный Путь. Учёные сделали снимок ядра этой галактики с активным звездообразованием с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона (NIRCam) «Джеймса Уэбба», чтобы понять, какие условия способствуют этому процессу.

Звездообразование — распространённый во Вселенной процесс, но его окружает ореол загадочности, потому что образующие для него сырьё газ и пыль скрывают этот процесс в видимом диапазоне. Но сквозь эту среду способен проникать инфракрасный свет, а значит, «Джеймс Уэбб» хорошо подходит для этой задачи. Тёмные красновато-коричневые «щупальца» на снимке — это пыль, пробивающаяся сквозь светящееся ядро галактики. Маленькие зелёные точки на изображении — это скопления железа, оставшиеся от взрывов сверхновых, а красные пятна обозначают области, где молекулярный водород нагревается излучением молодых звёзд.

Снимки подтверждают уникальные возможности «Джеймса Уэбба». Камера NIRCam помогла зафиксировать галактический ветер, вызванный звездообразованием и сверхновыми — умирающими старыми звёздами. Исследователям удалось определить, что в нём содержатся полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — мелкие пылинки, которые выживают в прохладных областях, но разрушаются при высоких температурах. Это показало, как в галактическом ветре взаимодействуют холодные и горячие компоненты.

Учёные надеются, что дальнейшие наблюдения «Джеймса Уэбба» за этой и другими галактиками со звездообразованием помогут ответить на некоторые вопросы о рождении звёзд. Изучение спектра «Мессье 82» поможет оценить возраст звёздных скоплений в галактике. А это, в свою очередь, поможет понять, как долго длится каждая фаза звездообразования в галактиках с такими яркими вспышками.

Международная группа из 27 учёных опубликовала в журнале Nature Astronomy работу, в которой сообщила об открытии самой ранней пары сливающихся галактик. Событие обнаружено на красном смещении Z=9,3127 или через 510 млн лет после Большого взрыва. В те времена и галактику обнаружить — это редкая удача, а увидеть пару сливающихся галактик — это вообще за пределами понимания.

Источник изображения: ASTRO 3D

Учёные из Австралии, Таиланда, Италии, США, Японии, Дании и Китая провели скрупулёзную работу, расшифровывая то, что они увидели в ранней Вселенной. Открытие сразу задало загадку. Судя по изображению, это должны были быть молодые звёзды возрастом около 20 млн лет. Спектральный анализ с помощью прибора «Уэбба» NIRSpec показал, что возраст звёзд составляет 120 млн лет плюс-минус 20 млн. Дальнейшее изучение объекта позволило сделать вывод, что ничего удивительного в таком сочетании нет. На изображении предстали две сливающиеся галактики: одна молодая и одна массивная старая.

О событии слияния также говорит тот факт, что на изображении виден приливной хвост. При слиянии галактик выброс вещества и даже отдельных звёзд в виде хвоста или шлейфа — это обычное явление. Необычным это событие делает то, что, по крайней мере, у одной из галактик не было достаточного времени на развитие, как мы себе это представляли до появления «Уэбба». «Джеймс Уэбб» снова преподнёс сюрприз, открыв то, чего по нашим теориям не должно было случиться.

Новые наблюдения свидетельствуют о быстром и эффективном накоплении массы и металлов сразу после Большого взрыва в результате слияний, наглядно демонстрируя, что в ранние времена существовали массивные галактики с несколькими миллиардами звезд. «Хаббл» не позволял этого увидеть, и теоретики были сильны в своих убеждениях. «Уэбб» ломает представления об эволюции звёзд и галактик в ранней Вселенной. Данных для пересмотра базовых теорий всё ещё мало, но база растёт и, похоже, к концу десятилетия у нас будет заметно дополненная и даже местами изменённая теория эволюции Вселенной.

Наблюдения с помощью телескопа им. Джеймса Уэбба открыли человечеству окно в не известную ранее эпоху младенчества Вселенной. Все предыдущие наблюдения позволили создать определённые модели эволюции звёзд и галактик. Сейчас «Уэбб» разрушает эти представления, о чём лишний раз напоминает новое открытие — телескоп заметил чрезвычайно быстрое затухание звездообразования в галактике, существовавшей всего через 700 млн лет после Большого взрыва.

Увеличенное изображение галактики JADES-GS-z7-01-QU. Источник изображения: JADES Collaboration

Наши модели эволюции галактик хорошо описывают процессы звездообразования в них. Тем удивительнее было открыть галактику на рубеже 700 млн лет после Большого взрыва с полностью и, по-видимому, навсегда угасшим звездообразованием. К такому результату могли привести два наиболее вероятных процесса: во-первых, в центре галактики могла образоваться сверхмассивная чёрная дыра, которая своим излучением вынесла бы вещество из галактики-хозяина и, во-вторых, звёзды могли эволюционировать настолько быстро, что израсходовали бы весь запас вещества, после чего процесс замер.

Обычно ожидается, что активность звездообразования в галактиках снижается постепенно. Но в этой галактике на красном смещении z=7,3 образование звезд прекратилось на удивление рано, что делает её редким открытием. Исходя из полученных «Уэббом» данных, эта галактика пережила короткий всплеск звездообразования между 30 и 90 млн лет и прекратила образовывать звёзды за 10–20 млн лет до того момента, как её обнаружил «Уэбб».

Теория допускает остановку звездообразования и длительный период затишья, но потом оно обычно возобновляется в том или ином виде (звёзды взрываются и из останков образуются новые), чего в данном случае учёные не наблюдают, и это ставит их в тупик.

Одна из задач современной астрофизики состоит в обнаружении источников космических частиц высоких энергий. Учёные не до конца понимают природу космических ускорителей, и обнаружение источников может дать подсказку для создания стройной теории. Судя по поступающим из Китая сведениям, учёным из Поднебесной первыми удалось обнаружить наиболее вероятный источник ускорения космических частиц — преимущественно протонов.

Обсерватория LHAASO. Источник изображения: Courtesy of the Institute of High Energy Physics

Наземная высотная обсерватория Large High Altitude Air Shower Observatory (LHAASO), которая следит за космическими лучами и гамма-излучением, впервые обнаружила в нашей галактике область пространства с исходящими из неё космическими лучами с энергией порядка 10 ПэВ (петаэлектронвольт, 10¹⁵ эВ). Эта область представляет собой своеобразный пузырь гамма-излучения в области звездообразования Лебедь OB2 на расстоянии от Земли 4700 световых лет.

Считается, что космические лучи с энергией частиц ниже 1 ПэВ исходят от внутригалактических астрофизических объектов. Частицы с энергией ближе к 10 ПэВ имеют неизвестное для науки происхождение. Наблюдение китайских учёных впервые позволило привязать космические лучи подобных энергий к астрофизическому объекту или явлению в нашей галактике.

В данных LHAASO астрофизики обнаружили указание на гигантский пузырь в области звездообразования Лебедь OB2, , внутри которой находилось множество фотонов с энергией более 1 ПэВ с максимумом на отметке 2,5 ПэВ. Это заставляло предположить, что внутри структуры находится некий природный ускоритель частиц, придающий им энергию. Мощности этого «ускорителя» хватает на то, чтобы разогнать частицы до 20 ПэВ и выбросить их за границы «пузыря».

Вероятным источником ускорения космических частиц учёные называют молодые и горячие звёзды типа O и B в центре области звездообразования Лебедь. Интенсивность гамма-излучения этих звёзд настолько большая, что это выбивает протоны из окружающего область межзвёздного газа и, тем самым, придаёт им колоссальное ускорение. Обсерватория продолжит наблюдать за этой и другими областями звездообразования, чтобы приблизить наше понимание наблюдаемых процессов.

Наблюдения последних лет за ранней Вселенной всё чаще позволяют обнаруживать там массивные галактики, образование которых не могут объяснить современные теории. Ещё больше таких объектов позволил найти космический телескоп «Джеймс Уэбб». Но свежее открытие вышло ещё дальше за рамки возможного — учёные обнаружили чрезвычайно массивную галактику, сформировавшуюся всего через 400 млн лет после Большого взрыва.

Источник изображения: NASA

Строго говоря, галактика ZF-UDS-7329 попала в поле зрения наземных телескопов ещё в 2010 году. Она обнаружена на удалении 1,75 млрд лет после Большого взрыва (красное смещение z=3,205). Наземные телескопы способны работать на такой дистанции, но подтвердить истинное удаление этого объекта и состав его звёздного населения спектральными наблюдениями с Земли они не смогли. Семь лет исследований ZF-UDS-7329 ничего не принесли и только появление «Джеймса Уэбба» изменило правила игры.

С помощью приборов «Уэбба» учёные выяснили, что в спектре галактики ZF-UDS-7329 присутствуют следы очень древних для того времени звёзд. В основном возраст звёзд в далёкой галактике составил от 1 до 1,5 млрд лет. При этом масса звёзд в 4 раза превысила массу звёзд в нашей галактике Млечный Путь. Это выглядит невероятным. Получается, что массивная галактика сформировалась уже через 400 млн лет после Большого взрыва. Это очень сильно ограничивает базовые модели образования и эволюции галактик и фактически бросает вызов всем современным теориям астрофизики.

По нашим представлениям, для зарождения в те времена настолько массивных галактик банально не хватило бы тёмной материи, ведь считается, что именно она обеспечивает сборку вещества в пространстве и запуск звездообразования. Таким образом, новые открытия помогают также создать рамки для изучения этой загадочной и неуловимой субстанции, без которой не было бы звёзд, планет и нас с вами. Для дальнейшего изучения этого непростого вопроса понадобится сделать ещё множество открытий. Пока объект ZF-UDS-7329 обнаружен в единственном таком экземпляре. Для создания новых математических моделей эволюции звёзд и галактик нужны новые множественные открытия.

Космический телескоп NASA «Хаббл» представил снимок галактики AM 1054-325, названной «жемчужным ожерельем» за свой характерный внешний вид — S-образную последовательность из миллионов ярких голубых звёзд. Это одно из 12 наблюдаемых «Хабблом» слияний пар галактик. В процессе взаимного воздействия в пространстве возникают невообразимые по длине приливные хвосты вещества, в которых одновременно рождаются миллионы звёзд.

Нажмите для увеличения. Источник изображения: NASA

Изучаемые «Хабблом» слияния пар галактик в прошлом могли происходить намного чаще. Тем самым мы можем у себя под боком изучать процессы, которые в остальной Вселенной давно прошли. Слияния наблюдаемых пар галактик наглядно показывают, что звездообразование практически одновременно вспыхивает по всей длине приливного хвоста — собранного гравитационными силами обеих галактик в изогнутый жгут молекулярного водорода.

Если бы столкновения не произошло, то обе галактики продолжили бы свой путь без интенсивного процесса рождения новых звёзд и планет. Слияние привело к сжатию межзвёздного газа и пыли до состояния, когда начали запускаться термоядерные реакции и возникать новые звёзды. В 12 парах сливающихся галактик «Хаббл» смог обнаружить 425 скоплений с примерно по одному миллиону новорожденных звёзд в каждом, настолько интенсивными оказались процессы звездообразования.

Судьба новорожденных звёзд в приливных хвостах неизвестна. Молодые звёзды могут собраться в скопления и сопровождать свои галактики дальше в путешествии по Вселенной, а могут рассеяться по гало галактик одиночными объектами, как и покинуть их и стать межгалактическими скитальцами. В сухом остатке следует признать, что «космическое ДТП» в случае столкновения галактик ведёт не к смерти участников процесса, а к интенсивному зарождению множества новых полноценных обитателей этой Вселенной.

Находясь внутри Млечного Пути, мы мало что можем сказать о нашей галактике как о едином объекте. Но зато мы можем смотреть вокруг и находить во Вселенной массу похожих спиральных галактик и взглянуть на свой космический дом как бы со стороны. Сегодня NASA предлагает насладиться роскошными видами 19 ближайших спиральных галактик, во многом напоминающих нашу.

Все изображения можно увеличить, нажав на них (откроется новое окно). Источник изображений: NASA

Завершить многолетние наблюдения помогла космическая обсерватория им. Джеймса Уэбба. Этот телескоп работает в инфракрасном ближнем и среднем диапазонах, улавливая излучение от нагретого газа и пыли. Межзвёздный газ и пыль поглощают свет в видимом и ультрафиолетовом диапазонах и, нагреваясь, светятся в инфракрасном спектре, обозначая своё положение и структуру во Вселенной.

Слева вверху изображение галактики NGC 628 в инфракрасном диапазоне (Уэбб), справа внизу — в видимом (Хаббл)

До наблюдений «Уэбба» сбором информации по 19 близлежащим спиральным галактиками занимались оптический телескоп «Хаббл», «Атакамская большая [антенная] решётка миллиметрового диапазона» ALMA и спектральный прибор MUSE на Очень большом телескопе в Чили, который, в том числе, работал в ультрафиолетовой области спектра. «Уэбб» завершил связанный с этими наблюдениями проект PHANGS, добавив наблюдения в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах.

Комбинированное изображение галактики NGC 628 во всех диапазонах сразу. До неё 32 млн световых лет

Все наблюдаемые 19 галактик расположены на удалении от 30 до 80 млн световых лет от нас. Они выбраны из множества других галактик за самый удобный ракурс для изучений — все они расположены к нам лицом и могут раскрыть свою структуру во всех деталях. Это чудесные рукава, области пыли и звездообразования, яркие центральные области со сверхплотными скоплениями старых звёзд, оставшиеся после взрывов сверхновых в межзвёздном веществе и сверхмассивные чёрные дыры в некоторых из центров галактик.

Галактика NGC 1300, до которой 69 млн световых лет

Одновременно с изображениями галактик команда проекта PHANGS выпустила каталог примерно со 100 000 звёздных скоплений, которые в них наблюдаются. Материал получился настолько обширный, что обработать все данные одному коллективу физически невозможно. Учёные ожидают, что на основе собранной информации будут составлены новые каталоги по миллионам звёзд, что позволит ещё лучше понять их эволюцию на примере множества новых наблюдений. На этой странице на сайте NASA можно скачать все представленные изображения в высоком разрешении.

Галактика NGC 4254

В данных обзора нашей галактики Vista Variables in the Via Lactea (VVV), международная группа астрономов обнаружила два странных поведения звёзд, которые оказались неизвестны науке. Среди миллиардов звёзд в нашей галактике обнаружились «старые курильщики» и «взрывные новорожденные». Оба явления пока не имеют надёжного объяснения и призывают учёных раскрыть их тайны.

«Старый курильщик» в представлении художника. Источник изображения: Philip Lucas/University of Hertfordshire

Обзор VVV проводился в течение примерно 10 лет на телескопе VISTA в чилийских Андах в обсерватории на вершине горы Серро-Параналь. Телескоп VISTA с 4-м зеркалом обладает чувствительностью как в оптическом, так и в инфракрасном диапазоне, что даёт возможность заглядывать вглубь облаков из пыли и газа. Поэтому он охотился также за тусклыми объектами — старыми умирающими звёздами и зародышами звёзд в протопланетных дисках.

В процессе анализа красных гигантов учёные неожиданно для себя выявили группу из 21 звезды, которые вели себя необъяснимым образом. «Эти пожилые звёзды годами или десятилетиями сидят спокойно, а затем выпускают клубы дыма совершенно неожиданным образом. Они выглядят очень тусклыми и красными в течение нескольких лет, до такой степени, что иногда мы их вообще не видим», — делятся открытием учёные.

За такое поведение этим звёздам дали шутливое прозвище «старые курильщики». Если серьёзно, то открытие создало условия для появления нового класса или подкласса звёзд. Удивительно, что такие звёзды выявлены только вблизи ядра Млечного Пути, где межзвёздная среда богата тяжёлыми элементами. Больше нигде в нашей галактике подобных явлений не наблюдалось. Возможно, предполагают учёные, «старые курильщики» могут стать важным звеном в эволюции химических элементов во Вселенной.

Вторыми новыми для науки объектами стали «взрывные младенцы». Это только что родившиеся звёзды, окружённые протопланетными дисками. Некоторые из этих звёзд продемонстрировали необычную активность — сильные и нерегулярные вспышки, которые нельзя объяснить с помощью современных теорий эволюции звёзд.

Художественное представление новорожденной звезды с «взрывным» характером

«Эти вспышки происходят в медленно вращающемся диске материи, который формирует новую солнечную систему. Они помогают новорожденной звезде в центре расти, но затрудняют формирование планет. Мы пока не понимаем, почему диски становятся такими нестабильными», — говорится в пресс-релизе группы.

Сообщение о новых открытиях опубликованы в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества от 26 января 2024 года.