Скопление «Космического винограда» ставит под сомнение современные теоретические модели формирования галактик в самые ранние эпохи Вселенной. После объединения данных, полученных с помощью Атакамской большой миллиметровой/субмиллиметровой решётки (ALMA) и космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), астрономы получили беспрецедентный взгляд примерно на 15 гигантских «звёздообразующих сгустков» внутри единого вращающегося диска, который сформировался всего через 900 миллионов лет после Большого взрыва.
Международная исследовательская группа объяснила в своём исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy 7 августа: «Ранние галактики формируются за счёт сборки тёмной материи и газа, превращаясь в динамически горячие, хаотичные структуры, движимые слияниями и обратной связью». В отличие от этого, в массивных галактиках наблюдаются удивительно гладкие вращающиеся диски только через 1,4 миллиарда лет после Большого взрыва, что указывает на быструю динамическую эволюцию.
«Космический виноград» изначально выглядел на данных HST как типичная галактика со сглаженным звёздным диском (слева). Однако более глубокие наблюдения с высоким разрешением JWST (в центре) и ALMA (справа) показали, что на самом деле он состоит из множества компактных звёздных сгустков, встроенных в гладкий вращающийся газовый диск. Красный и синий цвета на правой панели представляют красное и синее смещение газовых потоков соответственно, отслеживая вращение диска.
Изучение молодой галактики
Понимание того, как разворачивалась эта космическая эволюция, требует возможности изучения молодых галактик — что ранее было затруднено из-за ограничений чувствительности и пространственного разрешения инструментов наблюдения. Даже с учётом новаторских возможностей космического телескопа Хаббла галактика «Космический виноград» выглядела лишь как гладкое единое дисковидное образование.
Используя более современные проекты, такие как JWST и ALMA, астрономы смогли переосмыслить загадку благодаря помощи космического соседа. Согласно анонсу исследования Национальной радиоастрономической обсерватории, структура «Космического винограда» «оказалась идеально увеличенной за счёт скопления галактик на переднем плане с помощью гравитационной линзы». Это позволило исследователям посвятить более 100 часов качественного времени телескопа изучению системы, сделав её одной из наиболее тщательно проанализированных галактик ранней Вселенной.
Вместо отдельного диска, видимого на изображениях Хаббла, экспоненциально большее разрешение JWST и ALMA показало совершенно иную картину — вращающуюся галактику, наполненную гигантскими комковатыми звёздными образованиями, напоминающими плоды виноградника. Это также первый случай, когда астрономы успешно связали более мелкие внутренние структуры ранней галактики с их более крупным коллективным вращением. Данные были настолько подробными, что удалось достичь пространственного разрешения в 10 парсеков, или около 30 световых лет.
Особенно поразительно то, что «Космический виноград» не является ни исключением, ни экстремальным примером, учитывая то, что астрономы понимают в эволюции галактик. Вместо этого он существует на стандартной последовательности галактик, когда речь идёт о таких характеристиках, как звездообразование, масса, химический состав и размер. Это говорит о том, что многие галактики той эпохи, которые ранее были задокументированы как гладкие, могли больше напоминать комковатую динамическую структуру, видимую через JWST и ALMA.
«Поскольку существующие симуляции не могут воспроизвести такое большое количество сгустков во вращающихся галактиках в ранние периоды, это открытие поднимает ключевые вопросы о том, как галактики формируются и развиваются», — объясняется в анонсе Национальной радиоастрономической обсерватории. «Это предполагает, что наше понимание процессов обратной связи и формирования структуры в молодых галактиках может потребовать существенной доработки».