В ранней Вселенной нашли галактику с перемычкой, которой там не должно быть

Астрономы зафиксировали самую древнюю из известных галактических перемычек. Структура обнаружена в массивной газообогащенной галактике GN20, существовавшей всего через 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва. Сам факт ее появления в столь раннюю эпоху противоречит традиционным представлениям о формировании баров.

Галактическая перемычка, или бар, представляет собой вытянутую звездную структуру, которая встречается примерно у 45% дисковых галактик, включая Млечный Путь. Долгое время считалось, что такие образования возникают постепенно — в ходе многомиллиардной эволюции звездного диска за счет внутренних нестабильностей.

С запуском космического телескопа «Джеймс Уэбб» ситуация изменилась: наблюдения начали фиксировать перемычки в гораздо более молодой Вселенной. Это усилило гипотезу о том, что эволюция галактик в ранние эпохи шла быстрее, чем сегодня. Модели показывали возможность формирования бара примерно за миллиард лет при доминировании барионной материи, однако оставался нерешенным вопрос влияния газа.

Считалось, что высокая газонасыщенность должна тормозить образование перемычек. На этом основании выдвигались идеи, что ранние галактики быстро расходовали газ, формируя бар. Однако наблюдения противоречили этому: молодые галактики, напротив, содержали большие объемы газа. Например, в системе J0107a доля газа в баре достигает около 50%, тогда как в современных галактиках она обычно не превышает 10%.

Новое исследование, основанное на анализе GN20, показало, что газ не препятствует формированию перемычек на ранних этапах эволюции. Работа опубликована на arXiv.org.

GN20 представляет собой массивную дисковую галактику с высоким содержанием газа в ранней Вселенной. Наблюдаемое состояние соответствует эпохе спустя 1,5 миллиарда лет после Большого взрыва (красное смещение 4,055). Объект открыт в 2010 году и активно изучается. По оценкам, масса диска составляет около 5,4 × 10¹¹ солнечных масс, что примерно в десять раз превышает массу диска Млечного Пути, при этом значительная часть вещества представлена барионным газом.

В ходе анализа данных GN20 исследователи выявили перемычку диаметром около семи килопарсек. Это самая ранняя напрямую обнаруженная бар-структура в столь газонасыщенной галактике. Детальное изучение стало возможным благодаря наблюдениям телескопа «Джеймс Уэбб», позволившего рассмотреть внутреннюю структуру объекта сквозь плотные пылевые слои.

Компьютерные модели показывают, что галактики с параметрами, близкими к GN20, естественным образом формируют подобные структуры. При этом традиционные представления о роли газа пересмотрены: результаты моделирования указывают, что высокая доля турбулентного газа ускоряет формирование перемычки. Такой газ создает условия нестабильности, аналогичные тем, что в современных галактиках возникают при гравитационных взаимодействиях звезд.

Согласно расчетам, формирование крупной перемычки в классических моделях должно занимать миллиарды лет, а избыток газа считался тормозящим фактором. Однако новые данные показывают противоположный эффект: именно турбулентная газовая среда способствует быстрому появлению бара.

Большинство галактик проходит этап повышенного содержания газа в процессе эволюции, поэтому вероятность раннего формирования перемычек в таких условиях высока. Это означает, что подобные структуры могут быть обнаружены и в еще более древних галактиках.

Галактические бары играют важную роль в развитии систем: они нарушают стабильное вращение диска и направляют газ к центру, усиливая звездообразование и рост сверхмассивных черных дыр.

Возможной интерпретацией ряда наблюдаемых «спокойных» галактик ранней Вселенной, обнаруженных «Джеймсом Уэббом», считается их ускоренная эволюция через стадию активного барообразования и интенсивного звездообразования. Анализ динамики формирования перемычек помогает уточнять как ранние процессы, так и современное разнообразие галактических структур.

Читайте также: